Книга рассказы о металлах венецкий

ВЫ ПРОЧТЕТЕ:

— о кладах, рождающихся в наши дни, и о черной записной книжке свидетельнице великого научного подвига;

— об обещанной Наполеоном огромной премии, которую никто так и не получил, и о том, как старые отвалы пустой породы оказались поистине бесценными;

— о странном газетном объявлении, сыгравшем роковую роль в судьбе английского химика, и о тайне красных огней, тщательно скрываемой бенгальскими жрецами;

— об элементе, исчезнувшем на нашей планете подобно динозаврам, и неизвестных пока сплавах, предсказанных ЭВМ;

— о пропаже, которую вряд ли отыскал бы Шерлок Холмс, и о диагнозе, поставленном Агатой Кристи;

— о том, как удалось определить возраст древних горных пород, и о маленькой шведской деревушке, которой могут позавидовать крупные государства;

— о металлах и сплавах, «командированных» в космос для проведения важных экспериментов, и об «усах», вошедших в моду;

— о строгой ревизии, благодаря которой был открыт новый химический элемент, и о металлическом облаке над Колумбией;

— о большой «обиде», нанесенной благородному металлу его «крестным отцом», и красивых «визитных карточках» элементов;

— о помощи, которую оказывают некоторые металлы криминалистам, и о многом-многом другом.

ОБ ЭТОЙ КНИГЕ

Мы живем в удивительное время: на наших глазах человек проложил первые дороги в космос, овладел энергией атомного ядра, создал «мыслящие» машины, проник в тайны живой клетки.

Новые области науки и техники необычайно интересны. Но есть такая сфера человеческой деятельности, которая хоть и стара, как мир, однако ничуть не менее интересна, чем космонавтика или ядерная физика, кибернетика или микробиология. Я имею в виду металлургию — производство и обработку металлов, получение разнообразных сплавов.

Когда-то, на заре цивилизации, люди были знакомы лишь с несколькими металлами. Проходили столетия, становились известными все новые и новые элементы. Постепенно расширялся и круг металлов, используемых человеком. Одним металлам удалось довольно быстро завоевать признание ученых и инженеров, другие — долгие годы не находили применения. Это «безделье» объяснялось вполне уважительными причинами. Во-первых, содержание многих металлов в земной коре весьма мало и добыть их чрезвычайно трудно; некоторые из них вообще не имеют собственных минералов и встречаются в природе только в виде примесей к другим металлам (такие «распыленные» по свету элементы относятся к группе рассеянных). Во-вторых, наука до поры до времени располагала скудной информацией о большинстве металлов. А поскольку они были редкими гостями в промышленном мире, за ними и закрепилось название редких.

XX век ознаменовался бурным развитием техники. Приборостроению и химической промышленности, авиации и ракетостроению, электронике и ядерной энергетике потребовались совершенно новые материалы с уникальными свойствами. Взоры ученых обратились к редким металлам. Тщательное изучение этих «отшельников» показало, что многие из них обладают недюжинными способностями. Тогда-то и началось наступление редких металлов «по всему фронту».

Сейчас уже, пожалуй, нет такой области новой техники, где бы в той или иной степени не применялись редкие металлы, их сплавы или разнообразные соединения. Так, из сплавов рения изготовляют торсионы — тончайшие и вместе с тем необычайно прочные металлические нити, необходимые для сверхточных навигационных приборов. Галлий используют для создания так называемых жидких затворов в вакуумных аппаратах, для изготовления высокотемпературных термометров и манометров. «Главное действующее лицо» фотоэлементов дефектоскопов и других приборов — цезий. Гафний известен как материал для регулирующих стержней ядерных реакторов: перспективно применение этого металла в производстве жаропрочных сплавов для авиации и ракетной техники. Тонкий слой индия, нанесенный на подшипники, предохраняет их от эрозии и тем самым в несколько раз увеличивает срок службы. Таких примеров можно привести множество.

Некоторым редким металлам (в том числе и тем из них, которые относятся к рассеянным элементам) посвящена эта книга. Ее можно рассматривать как продолжение книги С. И. Венецкого «Рассказы о металлах» (3-е издание выпущено издательством «Металлургия» в 1978 г.).

Так же, как в своей предыдущей книге, автор не стремится сообщить читателю сколько-нибудь систематические сведения о каждом из описываемых химических элементов. Биографии редких металлов содержат немало любопытных фактов, занимательных историй, курьезных событий. Познакомить читателя с ними, рассказать о трудных путях, которыми шли ученые к важным открытиям, поведать о тех нехоженых тропах, каких еще много в удивительном мире металлов, — цель данной книги.

Книга густо «заселена» реальными и вымышленными персонажами. На ее страницах, наряду с видными учеными разных стран, упоминаются Наполеон и Агата Кристи, Карел Чапек и Шерлок Холмс, старик Хоттабыч и Акакий Акакиевич. Но занимательные сюжеты — это только фон, на котором автор знакомит читателя с достижениями металлургии, физики, химии, с успехами техники и технологии производства металлов, с новыми процессами, материалами, приборами. Совсем недавно на борту научной орбитальной станции «Салют-6» проводилась серия экспериментов по космическому материаловедению, но и они уже отражены на страницах книги.

Не один крупный ученый или инженер делал свои первые шаги к вершинам науки и техники под впечатлением интересных научно-популярных книг. Убежден, что и книга «О редких и рассеянных» поможет многим юношам и девушкам найти ответ на едва ли не самый главный для них вопрос: «Кем быть?».

Академик, лауреат Ленинской и Государственных премий, Герой Социалистического Труда

А. Ф. БЕЛОВ

ТРИУМФ ВЕЛИКОГО ЗАКОНА (ГАЛЛИЙ)

Не торопитесь с выводами! — Первая ласточка. — Ирония судьбы. — Фиолетовая незнакомка. — Франция или петух? — Спор ученых. — Разные судьбы. «Дискриминации» не место. — Бедный родственник. — Богатства хранятся в… отходах. — Галлий на ладони. — Пожар не состоится. — Лампы становятся лучше. Большой оригинал. — Вне всякой конкуренции. — «Не по-товарищески». Незаурядные способности. — «Не лыком шиты». — По законам невесомости. — Почему светит Солнце?

Когда в марте 1869 года Д. И. Менделеев поведал миру о том, что им открыт периодический закон, которому неукоснительно подчиняются все химические элементы, кое-кто из ученых встретил это сообщение в штыки. Даже признанный корифей науки, каким по праву считался один из создателей спектрального анализа немецкий химик Роберт Бунзен, поспешил язвительно заметить: «Такого рода обобщений можно составить сколько угодно из цифровых данных, помещенных в биржевом листке».

Впоследствии Бунзен не раз, видимо, жалел о своем скором суждении, но в то время Менделееву еще предстояло доказать свою правоту, и ученый с триумфом сумел это сделать. Величие периодического закона заключалось в том, что он не только обобщал уже известные науке сведения о химических элементах и устанавливал для них строгий порядок, но и служил своеобразным компасом для многотысячной армии экспериментаторов, пытавшихся отыскать в безбрежном море химии неизвестные острова — новые элементы, новые кирпичи мироздания. Гений Менделеева сумел предвидеть открытие более чем десятка элементов.

Первой ласточкой, принесшей весть о правоте великого химика, суждено было стать галлию.

В конце 1870 года, выступая на заседании Русского физико-химического общества, Д. И. Менделеев сказал, в частности, что в пятом ряду третьей группы должен находиться пока еще не открытый, но безусловно существующий в природе элемент. При этом Менделеев очень подробно описал свойства «эка-алюминия» (так ученый условно назвал этот элемент, поскольку в таблице ему отводилось место под алюминием) и даже высказал уверенность, «что он будет открыт спектральным исследованием». (Ирония судьбы: мог ли Бунзен предположить, что разработанный им спектральный анализ сыграет с ним горькую шутку — неопровержимо докажет ошибочность его скоропалительной оценки периодического закона?)

Ждать пришлось сравнительно недолго. В 1875 году французский химик Поль Эмиль Лекок де Буабодран. исследуя спектроскопическим путем цинковую обманку хорошо известный минерал, привезенный из местечка Пьерфитт в Пиренеях, обнаружил фиолетовую незнакомку — новую спектральную линию, свидетельствовавшую о том, что в минерале присутствует неизвестный химический элемент.

Но увидеть новую линию — это лишь полдела, теперь предстояло выделить из минерала виновника ее появления в спектре. Задача была не из легких, так как содержание искомого элемента в цинковой обманке оказалось крайне незначительным. Все же химику сопутствовал успех: после многочисленных опытов ему удалось получить крупицу нового металла — всего 0,1 грамма.

Итак, трудности позади, а на повестке дня стоял уже следующий вопрос: пользуясь почетным правом первооткрывателя, Лекок де Буабодран должен был дать «новорожденному» имя. В честь своей родины ученый решил назвать его «галлием» (Галлия — латинское название Франции). Правда, злые языки вскоре стали поговаривать, что в этом слове химик хитро зашифровал намек на свою фамилию: ведь «галлус» — по-латыни «петух», по-французски же петух-«ле кок», ну, а отсюда до Лекока де Буабодрана, как говорится, рукой подать.

Вскоре сообщение об открытии галлия было опубликовано в докладе французской Академии наук. Когда Д. И. Менделеев ознакомился с ним, он сразу понял, что речь идет о том самом эка-алюминии, которому уже было уготовано место в его таблице элементов. В письме, адресованном французской Академии наук, Менделеев сообщал: «…способ открытия и выделения, а также немногие описанные свойства заставляют предполагать, что металл-не что иное, как эка-алюминии».

В самом деле, свойства теоретического эка-алюминия и реального галлия удивительно совпадали. Расхождение оказалось лишь в плотности: по мнению Менделеева, она должна была составлять около 6 г/см3, а Лекок де Буабодран указывал другое значение — 4,7. Так кто же прав? Тот, кто никогда даже не видел этот металл, или тот, кто не только держал его в руках, но и проводил с ним различные исследования? Не впервые в истории науки теория сталкивалась с практикой, мысль спорила с экспериментом.

Чтобы доказать точность своих первоначальных данных, Лекок де Буабодран снова выделил крупицы галлия, тщательно очистил их и подверг скрупулезному исследованию. И что же выяснилось? Плотность галлия действительно была близка к 6. Французский химик публично признал правоту своего русского коллеги. «Не нужно, я думаю, указывать на исключительное значение, которое имеет плотность нового элемента для подтверждения теоретических выводов Менделеева», — писал тогда первооткрыватель галлия.

Судьбы многих металлов довольно сходны. Но ведь и среди сотни знакомых вы не найдете двух людей, чьи жизненные пути полностью бы совпадали, не правда ли? То же самое можно сказать и о металлах. Даже у таких близнецов, как, например, цирконий и гафний или тантал и ниобий, биографии оказались совершенно разными. Однако начальная пора в жизни большинства металлов протекала одинаково скучно: они терпеливо ждали того часа, когда для них найдется, наконец, хоть какая-нибудь работа. Некоторым элементам повезло, и спустя несколько лет после открытия они уже вели бурную деятельность; для других период ожидания затянулся надолго. Одним из неудачников оказался галлий.

Прошло более полувека после того, как Лекок де Буабодран известил коллег, что обнаружил новый металл, но промышленный мир не обращал на него ни малейшего внимания. В 1929 году вышел 14-й том Большой Советской Энциклопедии (1-е издание), в котором «использованию» галлия отведено всего четыре слова: «В технике не применяется». И точка.

Чем же объяснялась такая дискриминация? Неужели металл, сыгравший столь блистательную роль в утверждении периодического закона, оказался больше ни на что не пригодным? Неужели его миссия заключается только в том, чтобы бесполезно заполнять 31-ю клетку таблицы элементов? Неужели он не обладает ни одним свойством, способным заинтересовать конструкторов, изобретателей, ученых?

Нет, дело тут не в свойствах галлия, которые, кстати сказать, весьма любопытны и оригинальны (вы в этом вскоре убедитесь). Так, может быть, в природе слишком мало этого элемента и отсюда все его беды? Но и на природу жаловаться грех: галлия в земной коре содержится в десятки раз больше, чем, например, тантала или вольфрама, в сотни раз больше, чем ртути или серебра.

Все дело в том, что, подобно некоторым другим так называемым рассеянным элементам, галлий «не позаботился» о создании собственных месторождений. Более того, он практически не имеет «персональных» минералов. Лишь сравнительно недавно в юго-восточной части Африки был обнаружен первый галлиевый минерал, который и получил название галлит. В нем содержится почти 37 % галлия. Обычно же этот элемент в едва заметных количествах (сотые доли процента) пристраивается как бедный родственник главным образом к алюминию, реже — к железу, цинку, меди и другим металлам. Как выяснилось, сравнительно богата галлием зола каменных углей. Английские ученые подсчитали, что каждая тонна угля, добытого на Британских островах, содержит в среднем 5 граммов галлия. Всего-то? Но даже такая, казалось бы, ничтожная концентрация этого элемента считается вполне достаточной для его промышленного извлечения. (Все в мире относительно: железную руду, на тонну которой приходится 300–400 килограммов железа, принято называть бедной.) Зато и масштабы производства галлия, прямо скажем, невелики. Первые 50 килограммов этого металла получили в Германии в 1932 году. Спустя примерно четверть века производство галлия возросло лишь до 350 килограммов. И хотя сегодня счет идет на тонны, даже такой редчайший металл, как рений, которого в земной коре содержится в десятки тысяч раз меньше, чем галлия, по объему производства оставил его далеко позади.

Главным источником получения галлия служат… отходы алюминиевого производства. Но не торопитесь делать вывод, что галлий — дешевый металл. Хоть на сырье и не приходится тратиться, сам процесс извлечения галлия настолько сложен (чего стоит, например, хотя бы отделение его от алюминия!), что он оказывается одним из самых дорогих металлов на мировом рынке. В середине 50-х годов 1 килограмм галлия стоил 3000 долларов — почти в три раза дороже золота! Подумать только: небольшой слиточек металла, вполне умещающийся на ладони, — и такая солидная сумма!..

Впрочем, как раз на ладони-то мы бы не советовали держать галлий, и вовсе не потому, что ладонь — не очень надежное хранилище для ценнейшего металла. Есть другая причина: тепла человеческого тела достаточно, чтобы этот серебристый мягкий (его можно резать ножом) металл превратился в жидкость. Температура плавления его необычайно низка — всего 29,8 °C. В этом отношении он уступает только игривой ртути, которую способен утихомирить лишь сорокаградусный мороз, и чуть-чуть — цезию, плавящемуся при 28,5 °C. Галлий не стоит брать в руки еще и потому, что он довольно токсичен (токсичнее ртути) и общение с ним может привести к не очень приятным последствиям.

Благодаря низкой температуре плавления галлий — основной компонент многих легкоплавких сплавов. Создан, например, сплав галлия (67 %) с индием (20,5 %) и оловом (12,5 %.), который даже при комнатной температуре не может остаться твердым: он плавится при 10,6 °C. Такие сплавы широко используют в технике, в частности в устройствах пожарной сигнализации. Стоит воздуху в помещении слегка нагреться, как столбик галлиевого сплава, вмонтированный в реле, начинает таять — жидкий металл замыкает электрические контакты и звуковой или световой сигнал возвещает об опасности. Такой прибор надежнее любого вахтера.

Легкоплавкие галлиевые сплавы (как и сам галлий) обладают еще и способностью хорошо смачивать твердые материалы, благодаря чему их успешно применяют вместо ртути для создания жидких затворов в вакуумной аппаратуре. Галлиевые затворы надежнее сохраняют вакуум, чем ртутные.

Сплавы галлия с индием и оловом служат в качестве смазок и прокладок при соединении деталей из кварца, стекла и керамики, для склеивания этих материалов под давлением. Галлийиндиевый сплав, нанесенный на поверхность подшипников, заметно продлевает срок их службы. Мы уже говорили, что галлий весьма токсичен, однако в компании с никелем и кобальтом он не проявляет свой ядовитый характер; из сплава этих элементов зубные врачи изготовляют пломбы высокого качества.

В медицине широко применяют лампы ультрафиолетового излучения, катоды которых раньше обычно делали из ртути. Сплав алюминия с галлием лучше ртути справляется с этой работой: излучаемый лампами свет богаче целебными лучами.

Большинство металлов плавится и застывает при одной и той же температуре. Уникальное свойство галлия — его «умение» длительное время (многие месяцы!) не затвердевать в переохлажденном состоянии. Так, если капельку его вылить на лед, галлий еще долго будет оставаться в расплавленном виде. Зато, когда он все же затвердеет, объем металла заметно возрастет, поэтому нельзя заполнять жидким галлием металлические или керамические сосуды — они разорвутся при затвердевании металла. Обычно его хранят либо в небольших желатиновых капсулах, либо в резиновых баллончиках. Эту характерную черту галлия (все прочие металлы, кроме сурьмы и висмута, как известно, при переходе из жидкого состояния в твердое «худеют») предложено использовать в установках для получения сверхвысоких давлений.

Главное же достоинство галлия в том, что он остается жидким в огромном интервале температур, значительно большем, чем у любого другого легкоплавкого металла. Расплавленный галлий начинает кипеть лишь после того, как температура достигнет 2230 °C. Именно эта поистине удивительная способность галлия предопределила его важнейшее амплуа в технике — изготовление высокотемпературных термометров и манометров. Галлиевые термометры позволяют измерять такую высокую температуру (более 1000 °C), при которой ртутным термометрам, как говорится, нечего делать: ведь ртуть закипает уже при 357 °C.

Легкоплавкость в сочетании с широким интервалом существования расплава делают галлий потенциальным теплоносителем для атомных реакторов. Однако жидкий галлий ведет себя явно не по-товарищески по отношению к тем конструкционным материалам, которые могли бы окружать его в реакторе: при повышенных температурах он растворяет и тем самым разрушает большинство металлов и сплавов. Агрессивность мешает галлию занять ответственный пост теплоносителя (в этой роли сейчас обычно выступают натрий и калий). Но, возможно, ученым удастся найти на него управу: так, уже установлено, что тантал и вольфрам легко переносят контакт с галлием даже при 1000 °C. Любопытно, что небольшие (до 5 %) добавки «едкого» галлия к магнию повышают его антикоррозионные свойства, а заодно и прочность.

Интересна еще одна особенность галлия: величина электрического сопротивления его кристаллов сильно зависит от того, вдоль какой их оси (т. е. в продольном или поперечном направлении) проходит ток; отношение максимума сопротивления к минимуму равно 7 — больше, чем у любого другого металла. То же самое можно сказать и о коэффициенте теплового расширения, который изменяется в зависимости от направления тока почти втрое.

Незаурядные способности галлия хорошо отражать световые лучи позволили ему не без успеха попробовать свои силы в производстве зеркал, причем галлиевые зеркала не тускнеют даже при повышенных температурах. Окись этого металла необходима для получения специальных стекол, обладающих большим коэффициентом преломления, хорошо пропускающих инфракрасные лучи.

Сверхчистый галлий (не менее 99,999 %) применяют как легирующую присадку к германию и кремнию для повышения их полупроводниковых свойств. А не так давно галлий доказал, что он и сам в этом отношении «не лыком шит»: у некоторых его соединений — с сурьмой, фосфором и особенно с мышьяком — обнаружились явные полупроводниковые наклонности.

Особенно ярко они проявились при создании так называемых гетерпереходов, обеспечивающих высокие рабочие характеристики полупроводниковых приборов. Гетерпереход — это содружество двух различных по химическому составу полупроводников, которые сращены в монокристалле. Теоретически ученые уже давно сумели доказать, что такое совместное «проживание под одной крышей» сулит полупроводниковой технике интересные перспективы. Однако подобрать подходящую пару оказалось архитрудной задачей. Исследователи перепробовали десятки различных сочетаний, но все они были далеки от идеала, а часто вещества откровенно демонстрировали свою несовместимость. Ученым пришла в голову мысль испытать в качестве партнеров арсенид галлия и арсенид алюминия: их кристаллические решетки похожи, как две капли воды, а это не могло не обнадеживать. Но неожиданно на пути вырос новый барьер — арсенид алюминия был настолько неустойчив, что во влажной атмосфере разлагался буквально на глазах.

Неужели снова неудача? Спас положение галлий. Атомы его, введенные в арсенид алюминия, придавали тому нужную устойчивость. Проблема была решена техника обогатилась множеством новых совершенных приборов. Коллективу ученых, создавших чудо-кристаллы, в 1972 году была присуждена Ленинская премия.

Сфера деятельности химических соединений галлия постоянно расширяется. Их можно встретить сегодня, в вычислительных устройствах и радарных установках, термоэлементах для солнечных батарей и полупроводниковых приборах ракетной техники. Они участвуют в изготовлении лазеров, создании люминесцентных (светящихся) веществ, оказывают сильное каталическое воздействие на многие важные процессы органической химии.

Еще недавно «гиперболоид инженера Гарина» (а точнее, писателя Алексея Толстого) казался несбыточной фантазией, а сегодня современные «гиперболоиды» — лазеры — прочно вошли в жизнь. Одним из первых лазерных материалов стал арсенид галлия. По зарубежным данным, лазеры на арсениде галлия — простые, эффективные, компактные — предполагалось использовать в космической технике, в частности для связи между космонавтом, вышедшим в открытое пространство, и космическим кораблем или между двумя станциями, находящимися на околоземных орбитах. Намечалось также применить такой лазер для ориентации корабля при посадке на Луну.

Космическая невесомость создает неповторимые условия для проведения различных технологических операций. Интересные опыты по выращиванию полупроводникового кристалла арсенида галлия проведены на американской космической станции «Скайлэб». Если в земных условиях не удается вырастить кристаллы этого вещества размером более 2–3 миллиметров, то в невесомости получен отличный кристалл-великан длиной около 25 миллиметров. Подобные эксперименты в космосе успешно прошли и на борту советской научно-исследовательской станции «Салют-6». Кроме того, наши космонавты провели на установке «Сплав» опыты по получению слитка, состоящего из молибдена и галлия. Дело в том, что молибден почти вдвое тяжелее галлия и в обычных условиях эти металлы не могут равномерно перемешиваться: при застывании слитка верхние его слои оказываются богатыми галлием, а нижние молибденом. В космосе же царит невесомость, и перед ее законами молибден и галлий равны, поэтому слиток получается равномерным по составу.

Вполне вероятно, что именно галлий поможет ученым ответить на вопрос, почему… светит Солнце. Да-да, не удивляйтесь: ведь до сих пор наука располагает лишь гипотезами о природе колоссальной энергии, миллиарды лет беспрерывно излучаемой Солнцем. Одна из самых распространенных и авторитетных гипотез утверждает, что в недрах небесного светила постоянно идут процессы термоядерного синтеза. Но как это доказать?

Самыми убедительными, хотя и косвенными уликами могли бы стать нейтрино частицы, которые образуются при термоядерных реакциях. Но вот беда: приобщить к делу эти улики необычайно трудно. Даже сам Вольфганг Паули — швейцарский физик, еще в 1933 году теоретически предсказавший существование нейтрино, полагал, что никто не сможет экспериментально подтвердить наличие этих частиц, так как они не имеют ни массы, ни электрического заряда. В то же время нейтрино обладают определенной энергией и огромной проникающей способностью. Высвобождаясь в ядре Солнца, они беспрепятственно проходят через толщу солнечного вещества и колоссальным потоком низвергаются на Землю (как, разумеется, и на другие небесные тела). Ученые считают, что на каждый квадратный сантиметр поверхности нашей планеты ежесекундно обрушивается свыше 60 миллиардов нейтрино. Однако зарегистрировать их крайне сложно: через любое вещество они проходят, словно сквозь пустоту. И все же физики нашли некоторые материалы, в которых нейтрино оставляют следы. Так, ядро атома хлора с атомной массой 37, поглощая нейтрино, испускает электрон и превращается в атом аргона с той же атомной массой. Эта реакция эффективно протекает лишь с участием нейтрино, обладающих большой энергией. Но доля таких частиц в нейтринном солнечном потоке чрезвычайно мала (менее одной десятитысячной). Вот почему для экспериментов, связанных с поисками «неуловимых», нужны поистине стерильные условия.

Попытка создать такие условия была предпринята в США. Чтобы по возможности устранить влияние других космических частиц, громадную цистерну с перхлорэтиленом (эту жидкость обычно применяют при химчистке) физики упрятали под землю на глубину около полутора километров, воспользовавшись для этого заброшенным золотым рудником в штате Южная Дакота. Согласно теоретическим расчетам, каждые двое суток в цистерне три атома хлора-37 должны были превращаться в атомы аргона-37, причем считалось, что два таких превращения произойдут «по вине» нейтрино, а третье-под действием других излучений, ухитряющихся проникнуть даже через полуторакилометровую толщу земли. Увы, обнаружить удавалось лишь один из трех атомов аргона-37, а это скорее всего означало, что посланники Солнца тут ни при чем.

Так что же: нейтрино не поступают на Землю и, следовательно гипотеза о термоядерном происхождении солнечной энергии неверна? Советские физики полагают, что указанные эксперименты еще не дают основания отказываться от сложившихся представлений о Солнце как о гигантском термоядерном реакторе. Видимо, подобные опыты требуют еще большей точности. Кроме того, теория говорит о том, что Солнце посылает на Землю большие потоки нейтрино с относительно низкой энергией, для фиксации которых хлор-аргоновый метод попросту непригоден. Вот тут на помощь и должен прийти герой нашего повествования — галлий. Оказалось, что он может служить отличной мишенью (или, как говорят физики, детектором) для нейтрино с малой энергией: ядра изотопа галлия-71 охотно поглощают эти частицы и превращаются в ядра германия-71. Определив число образовавшихся в мишени атомов германия-71, ученые смогут измерить поток солнечных нейтрино. Пока это только теория, но в нашей стране уже создана галлий-германиевая установка, а в горах Северного Кавказа (в Баксанском ущелье) пробита глубокая штольня для нейтринной обсерватории. И хотя для работы установки потребуется не одна тонна галлия, в ходе экспериментов этот довольно дорогой металл практически останется целым и невредимым. Пройдет несколько лет, и галлий, возможно, прольет свет на одну из важнейших проблем современной астрофизики.

«ЗЛОЙ ДЖИН» (РУБИДИЙ)

Если верить Библии. — Древние камни Гренландии. — Помолодевшие Гималаи. Часы, которые не идут. — Находка в спектре. — Словесный портрет. — Бунзен выпаривает «море». — Четверть века спустя. — «Камера предварительного заключения». — Схватка со льдом. — Вдали от родного ядра. — В борьбе за «трон». — Приятные хлопоты. — На международном рынке. — Смежные профессии. Куранты бьют вовремя. — Двадцать веков и одна секунда. — Подземные кладовые. На берегах Камы. — Кто покрасил соль? — В одесских лиманах. — «Берегите мужчин!»

Сколько лет нашей планете? К сожалению, «метрическое свидетельство» о рождении Земли не сохранилось, а сама же она (как и всякая не очень молодая особа) тщательно скрывает свой возраст. Но коли есть загадка, то всегда находятся и желающие ее разгадать. Спор о том, когда в просторах Вселенной образовалась наша «обитель», длится уже много веков. Если верить Библии, это произошло совсем недавно — около шести тысячелетий назад. Согласно же современным научным представлениям, Земля «живет на свете» уже приблизительно 4,5 миллиарда лет (весьма почтенный возраст, не правда ли?).

В роли свидетелей, готовых подтвердить правильность этой точки зрения, выступают древнейшие горные породы планеты. До последнего времени самыми «престарелыми» считались породы, найденные в Африке, в районе Трансвааля: им примерно 3,4–3,5 миллиарда лет. Но в 1966 году молодой новозеландский ученый Вик Макгрегор на западном побережье Гренландии, у входа в Амералик-фьорд, обнаружил породы, которые оказались старше, чем трансваальские, почти на добрых полмиллиарда лет. А установить это удалось с помощью так называемых рубидий-стронциевых «часов». Что же они собой представляют?

Еще в начале нашего века великий английский физик Эрнест Резерфорд предложил для определения возраста минералов и горных пород воспользоваться открытым за несколько лет до этого явлением радиоактивности. Дело в том, что атомы радиоактивных химических элементов, входящих в состав земной материи, постоянно излучают те или иные ядерные частицы, превращаясь в атомы другого элемента. Самое любопытное, что скорость такого превращения не зависит ни от температуры, ни от давления, ни от каких-либо других факторов. Но зато каждый химический «индивидуум» характеризуется своим периодом полураспада — временем, в течение которого распадается ровно половина имеющегося количества радиоактивного элемента. У одних веществ этот период длится лишь миллионные доли секунды, у других достигает сотен триллионов лет.

Период полураспада одного из «долгожителей»-рубидия-87 (на его долю приходится около 28 % природных запасов рубидия) — 48 миллиардов лет. Самопроизвольно испуская электроны, этот изотоп медленно, но верно превращается в стабильный (не подвергающийся дальнейшему распаду) изотоп стронция с тем же массовым числом (87). Поскольку известно обычное соотношение между этим изотопом и его ближайшими «родственниками» (изотопами с массовыми числами 88, 86, 84), нетрудно вычислить, сколько в горной породе «сверхнормативного» стронция-87, т. е. того, который образовался в результате радиоактивного распада рубидия-87. Ну, а определив к тому же количество исходного «сырья», можно подсчитать, как долго длился процесс превращения, т. е. узнать возраст горной породы.

Если гренландским горным породам с помощью изотопов рубидия и стронция удалось доказать свою глубокую древность, то самые высокие горы нашей планеты-Гималаи-благодаря этой же паре химических элементов смогли убедить научный мир в том, что они значительно моложе, чем предполагалось до последнего времени. Так, долгое время считалось, что горные массивы Центральной Азии образовались сотни миллионов лет назад. Сравнительно недавно японские ученые, воспользовавшись рубидий-стронциевыми «часами», тщательно исследовали образцы гималайских пород и установили ошибочность существовавшей точки зрения. Ученые пришли к выводу, что этот район земного шара дважды подвергался сильнейшим геологическим сжатиям. Первое сжатие, в результате которого сформировалась базовая структура (или, иначе говоря, своего рода фундамент) Гималаев, произошло 450–500 миллионов лет назад, а второе, благодаря которому на этом фундаменте были воздвигнуты высочайшие горы Земли, — всего каких-нибудь 15 миллионов лет назад.

Существуют и другие подобные методы — радиоуглеродный, уран-гелиевый, уран-свинцовый, калий-аргоновый и т. д., но для весьма солидных промежутков времени, пожалуй, самыми подходящими являются рубидий-стронциевые «часы».

Итак, рубидий помогает установить примерный возраст Земли. А как давно он сам известен человеку? На этот вопрос можно дать предельно точный ответ.

Рождение рубидия состоялось в 1861 году. Это событие не ускользнуло от пытливого взгляда двух замечательных немецких ученых — химика Роберта Бунзена и физика Густава Кирхгофа, разработавших в 1859 году спектральный метод анализа веществ, с помощью которого спустя год им удалось открыть цезий. Продолжая исследовать различные минералы, они обнаружили в спектре саксонского лепидолита две неизвестные ранее темно-красные линии. Так сигнализировал о своем появлении на свет новый элемент, который и был назван рубидием, что в переводе с латинского означает «красный». Это дает рубидию основание считать себя почти однофамильцем рубина — известного драгоценного камня. Но если рубин и впрямь красный, то о рубидии этого не скажешь: как и большинство металлов, он серебристо-белого цвета. Рубидий очень легкий (легче магния) и очень мягкий (как воск) металл. Ему явно противопоказано пребывание в жарких местах нашей планеты: температура плавления рубидия всего 38,9 °C, поэтому под палящими лучами южного солнца он может буквально растаять на глазах. Чтобы закончить словесный портрет рубидия, укажем еще одну особую примету: пары его соединений придают пламени горелки характерный пурпурный оттенок.

Впервые металлический рубидий сумел получить в 1863 году Р. Бунзен. Для этого ему пришлось «свернуть горы», а вернее, выпарить целое «озеро» — более 40 кубометров шварцвальдской минеральной воды, в которой также был обнаружен новорожденный элемент. Но это было только начало. Из упаренного раствора ученый осадил смесь хлороплатинатов калия, цезия и рубидия. Теперь предстояло разделить неразлучную троицу. Воспользовавшись более высокой растворимостью калийных соединений, Бунзен путем многократной фрикционной кристаллизации сначала удалил «с поля» калий. Разделить цезий и рубидий было еще сложнее, но и эту задачу удалось решить. Завершила дело сажа, которая восстановила рубидий из его кислого тартрата (соли винной кислоты).

Спустя четверть века известный русский химик Н. Н. Бекетов предложил другой способ получения металлического рубидия — восстановлением его из гидроокиси алюминиевым порошком. Ученый проводил этот процесс в железном цилиндре с газоотводной трубкой, которая соединялась со стеклянным резервуаром-холодильником. Цилиндр подогревался на газовой горелке, и в нем начиналась бурная реакция, сопровождавшаяся выделением водорода и возгонкой рубидия в холодильник. Как писал сам Бекетов, «рубидий гонится постепенно, стекая, как ртуть, и сохраняя даже свой металлический блеск вследствие того, что снаряд во время операции наполнен водородом». В наши дни этот металл «добывают» главным образом из хлорида, воздействуя на него металлическим кальцием в вакууме при 700–800 °C.

Как ни сложно выделить чистый рубидий из его соединений, но это только полдела: не меньше хлопот связано с его хранением. «Свежий» металл немедленно запаивают в ампулы из особого стекла, в которых создан вакуум или находится инертный газ. Иногда «камерой предварительного заключения» служат металлические сосуды, заполненные «сухим» (тщательно обезвоженным) керосином или парафиновым маслом. Только при соблюдении этих условий можно быть уверенным, что «продукт подлежит длительному хранению». Чем же вызваны столь суровые меры «наказания»?

Виной всему-буйный характер пленника. Высвободить его из заточения-все равно, что выпустить злого джина из бутылки. По химической активности рубидий в семье металлов уступает только своему «старшему брату» цезию. Оказавшись на воле, т. е. на воздухе, рубидий тут же воспламеняется и сгорает ярким розовато-фиолетовым пламенем, образуя желтый порошок-надперекись рубидия. Возникший «пожар» нельзя тушить водой: металл реагирует с ней еще более бурно, со взрывом, причем разлученный с кислородом водород немедленно загорается, «подливая масла в огонь». При этом рубидий совершенно не считается с физическим состоянием воды: даже замерзнув и превратившись в лед, она не перестает быть объектом нападок агрессивного металла. Подобно тому как отбойный молоток шахтера врубается в пласт угля, рубидий решительно «вгрызается» в толщу ледяных кристаллов, и только адский мороз (ниже -108 (С) способен утихомирить буяна. Получающаяся при этом гидроокись рубидия тоже старается показать характер: если ее поместить в стеклянную посуду, то от стекла вскоре останутся одни воспоминания. Да и сам рубидий при высоких температурах (300 °C и выше) быстро разрушает стекло, беззастенчиво «выпроваживая» кремний из его окислов и силикатов. Вот почему «смирительные рубашки» (ампулы) для этого металла необходимо делать из специального стекла, способного постоять за себя.

Высокая химическая активность рубидия обусловлена строением его атома. Как и у других щелочных металлов, на его внешней электронной оболочке «проживает» один-единственный валентный электрон, который находится дальше от ядра, чем у лития, натрия или калия, и поэтому по первому требованию поступает в распоряжение атомов других веществ (с большей охотой отдают свой электрон только атомы цезия).

Столь же легко рубидий расстается с электронами «по просьбе» световых лучей. Это явление, называемое фотоэффектом, присуще многим металлам, но рубидий и цезий в этом отношении вне всякой конкуренции. И хотя сегодня в фотоэлементах и других фотоэлектрических устройствах гораздо чаще применяется цезий, признанный «королем фотоэффекта», у рубидия есть неплохие шансы со временем потеснить короля на троне: ведь его в природе примерно в 50 раз больше, чем цезия, дефицит которого рано или поздно сыграет на руку рубидию. К тому же некоторые его сплавы (например, с теллуром) обладают максимальной светочувствительностью в более далекой ультрафиолетовой области спектра, чем аналогичные цезиевые сплавы; в ряде случаев это обстоятельство имеет первостепенное значение при выборе материала фотокатодов.

Другая важная сфера деятельности рубидия — органическая химия, где на долю его солей выпали «приятные хлопоты»: они исполняют обязанности катализаторов. В этом амплуа карбонат рубидия впервые выступил еще более полувека назад при получении синтетической нефти. Сегодня без него не обходится синтез метанола и высших спиртов, а также стирола и бутадиена — исходных веществ для производства синтетического каучука. Сравнительно недавно разработаны рубидиевые катализаторы для гидрогенизации, дегидрогенизации, полимеризации и еще некоторых реакций органического синтеза. Весьма важно, что такие катализаторы позволяют вести процесс при более низких параметрах (температуре и давлении), чем в том случае, когда для этой цели используются соединения натрия или калия. Кроме того, к их достоинствам следует отнести пренебрежительное отношение к сере — бичу многих других катализаторов.

Американские химики установили, что тартрат рубидия оказывает каталитическое действие на окисление сажи, заметно снижая температуру реакции. «Эка невидаль — сажа», — может подумать кое-кто. Но ученые, ведущие работы по изысканию новых видов авиационного топлива, придерживаются на этот счет совсем иного мнения. И, надо полагать, не без оснований.

Некоторые соединения рубидия обладают полупроводниковыми свойствами, другие — пьезоэлектрическими. Однако пока эти способности элемента № 37 только начинают привлекать внимание ученых и инженеров.

Как вы заметили, речь чаще идет о потенциальных возможностях рубидия, чем о конкретном использовании его в современной технике. Действительно, он не вправе пока претендовать на роль великого труженика, подобно железу, алюминию, меди, титану. Это подтверждается и масштабами его производства: если «поскрести по сусекам» всех стран, производящих рубидий, то за год наберется всего несколько десятков килограммов, а отсюда — очень высокая цена этого металла на мировом рынке.

Помимо упомянутых областей применения, рубидиевые соединения в небольших количествах используются в аналитической химии — как реактивы на марганец, цирконий и благородные металлы, в медицине — в качестве снотворного и болеутоляющего средства, а также при лечении эпилепсии. В виде различных солей рубидий участвует в изготовлении специальных оптических материалов, прозрачных для инфракрасных лучей, в производстве люминесцентных ламп, телевизионных и других электроннолучевых трубок. В некоторых вакуумных приборах рубидий выполняет функции геттера (газопоглотителя), а в магнитометрах и эталонах частоты и времени — функции так называемого активного вещества.

Недавно одна из электротехнических фирм ФРГ сконструировала рубидиевую контрольно-регулирующую приставку для старинных курантов, украшающих древние башни многих европейских городов и радующих слух их жителей мелодичным боем. Но вот беда: почти все куранты страдают хроническим «заболеванием» — уж очень не точны эти громоздкие средневековые механизмы. Новая приставка — атомный эталон частоты — гарантирует курантам безупречную точность хода (до сотых долей секунды в сутки).

Еще большая точность нужна ядерной физике, лазерной технике, космической навигации: здесь погрешность измерения времени порой «не вправе» превышать миллионные доли секунды в сутки! Таким требованиям отвечают созданные в нашей стране атомные часы, «сердцем» которых служит изотоп рубидия. Принцип их действия основан на том, что атомы химических элементов способны поглощать или излучать энергию только определенной длины волны (частоты). Для каждого элемента эта длина волны строго постоянна, поскольку она зависит лишь от строения атома. Поэтому атомные (или, как их еще называют, квантовые) часы на несколько порядков точнее, чем любые другие, в том числе и кварцевые, в которых роль маятника играют упругие колебания кварцевой пластины. Точность рубидиевых часов такова, что если бы их «завели» на рубеже новой эры, то к нашим дням они отстали бы или убежали вперед не более чем на… одну секунду.

Можно смело утверждать, что в ближайшие годы послужной список рубидия станет намного длиннее, а значит, возрастут и масштабы его производства. Природа не страдает от недостатка этого металла: в подземных кладовых его припрятано больше, чем, например, хрома, цинка, никеля, меди, свинца.

Правда, определенные трудности возникают из-за крайней рассеянности рубидия, который, хотя и обнаружен во многих горных породах, не имеет собственных минералов, не говоря уже о крупных месторождениях. Обычно рубидий примыкает к более распространенным щелочным металлам, причем с калием он просто неразлучен. Кроме уже упоминавшегося лепидолита, рубидий в очень незначительных количествах (от сотых до десятых долей процента) присутствует в карналлите, откуда его и извлекают попутно с другими элементами. Поскольку общие запасы карналлита практически неисчерпаемы, этот минерал считается наиболее перспективным рубидиевым сырьем.

Еще в XV веке на берегу реки Камы среди уральских лесов возник городок Соль Камская. Современный Соликамск — крупный центр химической промышленности. Здесь находятся богатейшие месторождения карналлитов, сильвинитов и других калийных солей. Похожий на мрамор сильвинит окрашен в различные цвета: он то белый, как снег, то переливается всеми цветами радуги — от светло-розового до красного, от небесно-голубого до темно-синего. При этом минерал (представляющий собой хлорид калия) пронизан бесцветными прозрачными кристаллами хлорида натрия (т. е. поваренной соли), среди которых иногда попадаются совершенно черные крупные кубики. Отчего же почернела поваренная соль? Полагают, что это «автограф» рубидия-87-уже знакомого нам радиоактивного изотопа, облучившего когда-то хлорид натрия.

Соли рубидия растворены в воде океанов, морей, озер. Довольно богаты этим элементом знаменитые одесские лиманы, но еще больше его в каспийских водах. Не обошел рубидий своим вниманием и многих представителей растительного мира: следы его встречаются в морских водорослях и табаке, в листьях чая и зернах кофе, в сахарном тростнике и свекле, в винограде и некоторых видах цитрусовых.

В заключение приведем шутливый аргумент в пользу прозвучавшего несколько лет назад призыва «Берегите мужчин!»: их кровь, как утверждает Большая Советская Энциклопедия, богаче рубидием, чем женская (соответственно 0,00032 и 0,00028 %). Ну как же их в таком случае не беречь?

ТАЙНА БЕНГАЛЬСКИХ ЖРЕЦОВ (СТРОНЦИЙ)

Чем болели казаки? — Деревня попадает в историю. — Торопитесь с выводами! — Рецепт бенгальских жрецов. — Букеты расцветают в небе. — «Сладкое местечко». — В различных амплуа. — Взрыв на атолле Бикини. — Опасный «вирус». — Широкие перспективы. — Стронций забирается в часы. — На далеком северном острове. «Тристан» уходит в пучину. — Чудесный генератор. — Мелкие хлопоты. — Без искры. — Голубые кристаллы. — На дне прибрежной полосы. — Дела давно минувших дней. — Природе не свойственна торопливость.

В начале прошлого столетия казаки, жившие в Забайкалье, решили переселиться на берега Урова (притока Аргуни) — их привлекли здесь хорошие пахотные земли и неплохой климат. Но вот беда: спустя всего несколько лет многие переселенцы заболели неведомой болезнью, которая скручивала людей, пронизывала болью все тело. Не раз приезжали сюда врачи, но никто из них не смог выяснить причину массового заболевания. Лишь в наше время комплексные биогеохимические экспедиции Академии наук СССР сумели установить, что виновником этого тяжелого недуга был… стронций, которым оказались богаты воды тех мест.

Что же представляет собой этот коварный химический элемент, столь недружелюбно встретивший забайкальских казаков?

Стронций был открыт в конце XVIII века. Своим названием элемент обязан небольшой шотландской деревушке Стронциан (впрочем, уместнее сказать, что скромная деревушка обязана этому металлу тем, что благодаря ему попала в историю химии). В 1787 году в ее окрестностях был найден редкий минерал, названный стронцианитом. Исследования английских химиков А. Кроуфорда и Т. Хопа, немецкого химика М. Клапрота и других ученых, заинтересовавшихся новым минералом, свидетельствовали о том, что в нем присутствует «земля» (окисел) неизвестного в то время науке металла.

Лиха беда начало: уже в 1792 году Хопу удается представить убедительные доказательства существования нового элемента, который был назван стронцием (в русской литературе начала XIX века встречались и другие названия: стронтий, стронциан, стронтиян).

К числу первооткрывателей стронция можно отнести и русского химика Т. Е. Ловица. В том же 1792 году он обнаружил «стронциановую землю» в минерале барите. Но будучи чрезвычайно осторожным, ученый решил не торопиться с выводами, а, следуя принципу «семь раз отмерь», провести еще более тщательные опыты. Когда же они были закончены и Ловиц подготовил к публикации статью «О стронциановой земле в тяжелом шпате», оказалось, что «отрезать» уже было поздно: до России дошли иностранные химические журналы с результатами исследований Хопа, Клапрота и других зарубежных ученых. Да, иногда, пожалуй, не грех и поторопиться…

Знакомство ученых с чистым стронцием состоялось спустя несколько лет, в 1808 году, когда англичанин Г. Дэви сумел впервые выделить этот легкий (легче алюминия) серебристо-белый металл в свободном виде. С химическими же соединениями стронция человек познакомился задолго до описываемых событий.

Еще в Древней Индии при совершении священных обрядов в полумраке храмов внезапно вспыхивали таинственные красные огни, наводившие суеверный страх на молящихся. Разумеется, всемогущий Будда был меньше всего причастен к этой иллюминации, зато его верные служители — жрецы, видя испуганные лица своих подопечных, потирали руки от удовольствия. Чтобы добиться такого эффекта, они смешивали соли стронция с углем, серой и бертолетовой солью, прессовали смесь в шарики или пирамиды, а в нужный момент незаметно поджигали. Должно быть, «патент» на такую смесь принадлежал жрецам Бенгалии (одной из индийских провинций), поскольку за этими огнями прочно закрепилось название «бенгальских».

На протяжении многих веков свойство летучих соединений стронция придавать пламени ослепительно яркий красный цвет использовалось в пиротехнике. В России, например, во времена Петра I и Екатерины II без «потешных огней» не обходилось ни одно мало-мальски значительное торжество. Да и в наши дни праздничные салюты и фейерверки радуют взоры букетами красных, зеленых, желтых огней, расцветающих на черном бархате ночного неба.

Но пиротехнические способности «металла красных огней», как называют стронций, нужны не только для развлечений: разве можно подсчитать, сколько человеческих жизней было спасено благодаря сигнальным ракетам, которые при кораблекрушениях, вспыхивая во мраке над океаном, указывали судам, спешащим на помощь, местонахождение тех. кто потерпел бедствие.

Окрашивание пламени долгое время оставалось единственным занятием стронция. Но вот на рубеже XIX и XX веков химики обнаружили, что он может проявить себя на другом поприще — в сахарном производстве: с его помощью удалось заметно повысить извлечение сахара из свекольной патоки — мелассы. Но спустя несколько лет нашелся более дешевый исполнитель этой роли — кальций, и стронций вынужден был уступить ему «сладкое местечко». Любопытно, что в последнее время ставится вопрос о возрождении стронциевого метода обессахаривания мелассы, так как выход сахара в этом случае примерно на 20 % выше.

Можно назвать еще много областей, в которых стронций с большим или меньшим успехом пробовал свои силы. Металлургам, например, он помогал очищать сталь от газов и вредных примесей. В производстве глазурей этот элемент позволил обойтись без ядовитых соединений свинца, который к тому же и более дефицитен. В стекольной промышленности стронций (точнее, его окисел) приобрел известность как заменитель дорогостоящих материалов при изготовлении стекловолокна и стекол различного назначения. Синтетические кристаллы титаната стронция по игре и блеску граней способны конкурировать с бриллиантами. Присутствие стронция в портландцементе повышает его влагоустойчивость, что особенно важно при строительстве гидросооружений. В радиотехнике и электронике этот металл применяют для оксидирования катодов электронных ламп и в качестве газонаполнителя в вакуумной технике, в частности при изготовлении диэлектриков и сегнетоэлектриков. Стронциевые соединения входят в состав люминофоров, малярных красок, консистентных смазок, отличающихся высокой стойкостью. «Дуэт» рубидий — стронций позволяет ученым с большой точностью определять возраст наиболее древних горных пород.[1]

Как видите, работы для элемента № 38 хватает. И все же то, что мы перечислили, можно считать лишь эпизодами из жизни стронция. Но прежде чем перейти к самой важной стороне его деятельности, вспомним об одном сравнительно недавнем событии, сообщения о котором долго не сходили с центральных полос газет всего мира.

В марте 1954 года над атоллом Бикини, расположенным в южной части Тихого океана, поднялось гигантское грибовидное облако — результат испытаний американской водородной бомбы. Спустя несколько часов на палубу японского рыболовного судна «Фукурю-Мару», находившегося в открытом море более чем в 150 километрах от эпицентра взрыва, начали падать грязно-белые хлопья радиоактивных осадков. Рыбаки прекратили промысел и взяли курс на Японию, но было поздно: вскоре после возвращения один из членов экипажа умер, а остальные оказались пораженными тяжелой формой лучевой болезни. Едва ли не главным «вирусом» этой болезни был стронций-90, один из многочисленных радиоактивных изотопов, образующихся при ядерном распаде.

В результате такого взрыва в атмосферу выбрасываются десятки миллионов тонн земли и горных пород, буквально начиненных продуктами деления атомных ядер, самый токсичный, а значит, и самый опасный среди которых — стронций-90. Рано или поздно они возвращаются на землю, оседая на поверхность материков и океанов. Теперь радиоактивному стронцию остается один шаг до организма человека. Вместе с фруктами и овощами, усвоившими его из почвы, с питьевой водой, с мясом или молоком домашних животных, «полакомившихся» травой, зараженной стронцием-90, он проникает в организм людей, накапливается там и создает опасные радиоактивные очаги, гибельно воздействующие на костные ткани, мозг, кровь.

Прогрессивное человечество боролось и продолжает бороться за полный запрет атомных и водородных взрывов. Миллионы людей во всем мире горячо приветствовали подписание в Москве в 1963 году международного Договора о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, в космическом пространстве и под водой. Однако это вовсе не означает, что радиоактивный стронций сойдет со сцены: развитие ядерной энергетики создает неограниченные возможности для мирного использования его в науке и технике. Здесь для него работы — непочатый край.

Широкие перспективы открываются перед радиоизотопами стронция в производстве атомных электрических батарей для космических ракет и искусственных спутников Земли. Принцип действия таких батарей основан на способности стронция-90 излучать электроны, обладающие большой энергией, преобразуемой затем в электрическую. Радиостронциевые элементы, соединенные в миниатюрную батарейку (размером со спичечную коробку), способны безотказно служить без перезарядки 15–25 лет.

Атомные батарейки несомненно найдут применение в телефонии и радиотехнике. А вот швейцарские часовщики с успехом использовали крохотные стронциевые батарейки для питания электрочасов.

Неприхотливые и практически вечные источники тока незаменимы на автоматических метеостанциях, расположенных в пустынных, полярных и высокогорных районах нашей планеты. В Канаде, например, на далеком северном острове Аксель-Хейберг в труднодоступном месте действует атомная метеорологическая станция, рассчитанная на работу без обслуживания в течение двух-трех лет. Источником энергии для аппаратуры станции служит изотоп стронция (всего 400 граммов), помещенный в специальный трехслойный сплав и защищенный свинцовым экраном. Теплота, образующаяся при радиоактивном распаде стронция, превращается в электрический ток, который питает приборы для измерения температуры, атмосферного давления, скорости и направления ветра. Полученные данные фиксируются самопишущими приборами и передаются по радио с помощью двух транзисторных передатчиков на расстояние свыше 1500 километров. Вся аппаратура смонтирована в стальном цилиндре высотой 2,5 метра, диаметром 0,65 метра и общей массой около тонны. Душой этого сложного технического комплекса можно без преувеличения назвать маленькие стронциевые батареи.

Несомненный интерес представляет термоэлектрическая стронциевая батарея «Тристан», разработанная учеными фирмы «Сименс» (ФРГ) для проведения подводных исследований. Высокоэффективные термоэлектрические элементы преобразуют энергию распада стронция-90 в электрический ток. Размеры батареи невелики, но весит она 1,4 тонны, поскольку снабжена толстым свинцовым экраном, который надежно защищает обитателей морских пучин и, разумеется, прежде всего людей от радиации — ее уровень вблизи «Тристана» в пять раз меньше допустимого.

Советскими учеными создан изотопный генератор электрической энергии для питания автоматических метеостанций. Главное действующее лицо в нем — все тот же изотоп стронция. Гарантийный срок службы «Бета-С» (так назван генератор) -10 лет, в течение которых он способен снабжать электрическим током нуждающиеся в нем приборы. А все обслуживание его заключается лишь в профилактических осмотрах — раз в два года. На Лейпцигской ярмарке этот генератор был удостоен золотой медали. Первые образцы его установлены в Забайкалье и в верховьях таежной речки Кручины.

Число приборов различного назначения, в которых используется радиоактивный стронций, растет не по дням, а по часам. Успешно действуют, например, толщиномеры для контроля и управления процессом производства бумаги, тканей, тонких металлических лент, пластмассовых пленок, лакокрасочных покрытий. Изотоп стронция «трудится» в приборах для измерения плотности, вязкости и других характеристик вещества, в дефектоскопах, дозиметрах, сигнализаторах.

С борта судна, направляющегося в Таллинский порт, хорошо видна словно выросшая из воды высокая красная «свеча» — атомный маяк «Таллин». Главная его особенность — радиоизотопные термоэлектрические генераторы, в которых в результате распада стронция-90 возникает тепловая энергия, преобразуемая затем в световую. Иначе говоря, недра атомов стронция можно с родным основанием считать местом рождения мощного луча света, легко пробивающего ночную мглу Балтики. Заметим, что традиционной должности смотрителя в штатном расписании атомного маяка нет: лишь несколько раз в год специалисты посещают его для осмотра аппаратуры. Недавно здесь вырос еще один такой маяк.

На машиностроительных предприятиях часто можно встретить так называемые бета-реле. В их «обязанности» входит контроль подачи заготовок на обработку, проверка исправности инструмента, правильность положения детали и тому подобные «мелкие хлопоты». Принцип действия реле прост. Микрозаряд радиоактивного стронция, излучение которого в двести раз ниже санитарных норм, покоится в свинцовой ампуле с крохотным окошком, прозрачным для бета-излучения (потока электронов). До тех пор пока в «поле зрения» бета-лучей находится деталь или инструмент, т. е. пока все обстоит благополучно, автоматическая система спокойна. Но вот, допустим, сверло внезапно сломалось-теперь уже бета-лучи, не встречая на своем пути преграды, попадают на газоразрядный приемник излучения. Тотчас же реле срабатывает, останавливая механизмы, а на пульте диспетчера вспыхивает сигнальный огонек, указывающий, где произошло повреждение.

При производстве материалов, являющихся изоляторами (бумага, ткани, искусственное волокно, пластмассы и т. д.), вследствие трения возникают электрические заряды, создающие напряжения до нескольких тысяч вольт, — в результате может произойти искровой пробой и возникнуть пожар. Чтобы избежать этого, до недавнего времени применяли сложную, громоздкую и дорогую аппаратуру, позволяющую с помощью ультрафиолетовых или рентгеновских лучей ионизировать окружающий воздух и тем самым снимать электростатические заряды. Сейчас для этой цели широко пользуются стронциевыми ионизирующими источниками — они недороги, не требуют установки высоковольтной аппаратуры, просты в эксплуатации, компактны и долговечны. Новые приборы позволили в несколько раз повысить производительность прядильных и ткацких станков, резко сократить брак и простои из-за обрыва нитей.

Итак, мирный стронций все увереннее прокладывает себе дорогу в промышленность, спрос на него непрерывно растет. А сможет ли природа удовлетворить потребности человечества в этом металле?

Большинство минералов стронция встречается довольно редко; лишь уже знакомый нам стронцианит и целестин (по-латыни — «небесный») образуют иногда солидные скопления. Вот как описывает свою встречу с целестином замечательный советский геохимик и минералог академик А. Е. Ферсман: «…вдруг в одном разломанном желвачке я увидел какой-то голубой кристаллик: о, это был настоящий целестин! Чудесная прозрачная голубая иголочка, как светлый сапфир с острова Цейлон, как светлый, выгоревший на солнце василек».

Но целестин бывает не только голубым — не менее чудесны его нежно-фиолетовые, розоватые или дымчато-черные кристаллы, встречающиеся в пустотах горных пород. Необыкновенно красивы зеленоватые россыпи его мелких зерен на друзах янтарно-желтой серы.

Пути образования в природе целестина (он представляет собой сернокислую соль стронция) различны, и, чтобы поведать об одном из них, мы снова предоставим слово академику А. Е. Ферсману, поскольку вряд ли кто-нибудь сможет рассказать об этом интереснее и поэтичнее, чем он:

«…Давно-давно, несколько десятков миллионов лет тому назад верхнеюрское море докатывало свои волны до мощных, тогда уже существовавших Кавказских хребтов…

На дне прибрежной полосы, на камнях в бесчисленных количествах жили маленькие радиолярии; некоторые из них были прозрачны, как стекло… другие представляли собой мелкие белые шарики не больше одного миллиметра, с маленьким стебельком, в три раза большим, чем туловище. Они сидели на камнях, на красивых зарослях мшанок, а иногда покрывали даже иглы морских ежей, путешествуя с ними по морскому дну.

Это были знаменитые радиолярии-акантарии, скелеты которых состояли из иголочек, числом от 18 до 32. Долгое время никто не знал, из чего они образованы, и только случайно было обнаружено, что они состоят не из кремнезема, не из опала, а из сернокислого стронция. Эти бесчисленные радиолярии накапливали в сложном жизненном процессе соль сернокислого стронция, извлекая ее из морской воды, и постепенно строили свои кристаллические иголочки.

Отмирающие радиолярии падали на дно моря. Так было положено начало скоплениям одного из редких металлов…»

Добавим, что не только радиолярии, но и другие морские организмы неравнодушны к стронцию: ученые находили спиральные раковины давно вымерших моллюсков, состоящие из целестина. Некоторые из них достигали внушительных размеров — до 40 сантиметров в поперечнике.

В природе имеются довольно крупные так называемые вулканогенно-осадочные месторождения стронция, например в пустынях Калифорнии и Аризоны в США. (Кстати, замечено, что стронций «любит» жаркий климат, поэтому в северных странах он встречается гораздо реже.). В третичную эпоху этот район был ареной бурной вулканической деятельности.

Термальные воды, поднимавшиеся вместе с лавой из земных недр, были богаты стронцием. Расположенные среди вулканов озера накапливали этот элемент, образуя за тысячелетия весьма солидные его запасы.

Есть стронций и в водах Кара-Богаз-Гола. Постоянное испарение вод залива приводит к тому, что концентрация солей непрерывно возрастает и наконец достигает точки насыщения — соли выпадают в осадок. Содержание стронция в этих осадках иногда составляет 1–2 %.

Несколько лет назад геологи обнаружили значительное месторождение целестина в горах Туркмении. Голубые пласты этого ценного минерала залегают на склонах ущелий и глубоких каньонов Куштангтау-горного хребта в юго-западной части Памиро-Алая. Нет сомнения, что туркменский «небесный» камень успешно послужит нашему народному хозяйству.

…Природе не свойственна торопливость: сейчас человек использует запасы стронция, которые она начала создавать миллионы лет назад. Но и сегодня в глубинах земли, в толще морей и океанов происходят сложные химические процессы, возникают скопления ценных элементов, рождаются новые клады, но достанутся они уже не нам, а нашим далеким-далеким потомкам.

НАХОДКА В ЗАБРОШЕННОМ КАРЬЕРЕ (ИТТРИЙ)

Звездный час Аррениуса. — Загадочная примесь. — Урожайные годы. — Почему пожелтела земля? — Запись в биографии. — «Скрытый» становится открытым. — В порядке очереди. — «Трио» Мосандера. — Редкоземельная «лихорадка». Альдебараний и K°. — 15 тысяч кристаллизаций. — Хата с краю. — Почти однофамильцы. — «Жилищная проблема». — Что выяснилось за два столетия? — Лампа зажигается спичкой. — «Окна» ракет. — Прогресс в цветном телевидении. «Витамин» для чугуна. — Редки ли редкоземельные? — В честь Юрия Гагарина.

В 1787 году лейтенант шведской армии Карл Аррениус решил провести летний отпуск в местечке Иттербю, расположенном на одном из многочисленных островков вблизи столицы Швеции Стокгольма. Выбор был сделан не случайно: страстный любитель минералогии, Аррениус знал, что в окрестностях Иттербю есть отслуживший свой век и потому давно заброшенный карьер — он-то и манил молодого офицера, надеявшегося пополнить свою коллекцию минералов. День за днем Аррениус тщательно обследовал все новые и новые участки карьера, но похвастать ему долгое время было нечем. И вот, наконец, пришла удача: найден черный тяжелый камень, похожий на каменный уголь. Такая находка уже чего-то стоила. Радости Аррениуса не было пределов, но мог ли он тогда предположить, что этот невзрачный на вид минерал сыграет огромную роль в истории неорганической химии, а заодно впишет в нее имя своего первооткрывателя?

Отпуск подошел к концу. Вернувшись домой, Аррениус составил описание минерала, дал ему без долгих раздумий название «иттербит» (в честь местечка, где тот был найден) и вновь приступил к несению военной службы. Время от времени он продолжал заниматься минералогическими поисками, но звездный час его был уже позади.

В 1794 году иттербитом заинтересовался финский химик Юхан Гадолин, профессор университета в Або (ныне Турку). И для него черный камень из-под Иттербю оказался счастливым, во многом определив направление дальнейшей научной деятельности этого крупного ученого (в 1811 году он был избран членом-корреспондентом Петербургской академии наук). Гадолин подверг минерал химическому анализу и обнаружил в нем, наряду с окислами железа, кальция, магния и кремния довольно большое количество (38 %) неизвестной примеси, напоминавшей отчасти окись алюминия, отчасти окись кальция. Ученый пришел к выводу, что им открыта окись нового химического элемента, или, как тогда было принято говорить, новая «земля» (так прежде называли тугоплавкие, нерастворимые в воде окислы некоторых элементов).

Спустя три года исследованием иттербита занялся шведский химик Андрес Экеберг, профессор Упсальского университета. Он подтвердил выводы своего финского коллеги с той лишь разницей, что, по его мнению, на долю нового вещества приходилось не 38, а 55,5 %. Экеберг предложил назвать неведомую землю иттриевой, а иттербит переименовать в гадолинит в знак уважения к большим научным заслугам Гадолина — первого исследователя этого минерала.

Интерес ученых к иттриевой земле рос как на дрожжах. Многочисленные исследования, проведенные в разных странах, подтверждали присутствие в гадолините нового элемента (правда, количественные характеристики, как правило, оказывались различными). Но никому из химиков, «бороздивших» вдоль и поперек иттриевую землю, до поры до времени не приходило в голову, что в ней прячется не один, а сразу несколько незнакомцев — окислов неизвестных науке элементов.

Такой же сложной по составу оказалась цериевая земля, открытая в 1803 году. Как выяснилось позднее, в этих двух веществах «проживали» почти все элементы, которые располагаются сегодня в таблице Менделеева под номерами 57–71 и называются лантаноидами, а вместе со своими ближайшими «родственниками» скандием (№ 21) и иттрием (№ 39) образуют семью редкоземельных металлов. Но для того, чтобы разделить эти земли на составные части и открыть все входящие в их состав элементы, ученым потребовалось целое столетие.

Начало XIX века ознаменовалось появлением на свет большого числа новых элементов. В эти годы были открыты палладий и родий, осмий и иридий, калий и натрий, барий и стронций, кальций и магний, литий и кадмий. Эти и другие «новорожденные» приковали к себе внимание химиков, а интерес к иттриевой и цериевой землям заметно упал.

Пожалуй, лишь знаменитый шведский химик Йенс Якоб Берцелиус и его ученики не теряли из вида редкие земли. В 1818 году один из помощников Берцелиуса Шерер обнаружил, что при нагревании иттриевой земли в закрытой склянке бесцветный порошок вдруг приобретал странную желтизну, которая исчезала лишь после того, как процесс повторялся в восстановительной атмосфере. Это навело Шерера на мысль, что в исходном препарате, наряду с окисью иттрия, содержится неизвестный окисел — он-то и наводил желтый «грим» на иттриевую землю. Подобные мысли кое-кто высказывал и раньше, но дальше предположений дело не шло. Шерер тоже не сумел экспериментально подтвердить свою идею.

Прошло несколько лет, и в биографии иттрия появилась новая запись: 1828 год — немецкий ученый Фридрих Велер (кстати сказать, тоже ученик Берцелиуса) впервые получил металлический иттрий. И хотя металл был сильно загрязнен примесями, это событие расценивалось как значительный успех Велера, поскольку выделение любого редкоземельного элемента из химических соединений — по сей день необычайно трудоемкая и сложная задача.

Следующую страницу в историю иттрия (а точнее, в историю всех редкоземельных элементов, ибо их судьбы теснейшим образом переплелись) вписал еще один ученик Берцелиуса — талантливый шведский химик Карл Мосандер. Еще в 1826 году он всерьез увлекся исследованием цериевой земли и вскоре сделал вывод о том, что в ней, как и в иттриевой, может содержаться другой, еще неизвестный окисел. Однако Мосандер не был любителем скоропалительных категорических суждений, а выделить новую землю он тогда не сумел. На какое-то время другие дела отвлекли его от изучения окислов церия, и лишь в конце 30-х годов стрелка компаса научных интересов ученого вновь повернулась в сторону редкоземельного «полюса».

Сначала он повторил свои опыты с цериевой землей и теперь уже сумел доказать, что в ней скрывается окись другого элемента. По предложению Берцелиуса Мосандер назвал его лантаном — по-гречески «скрытый». Лантан действительно долго скрывался под прикрытием церия, но зато впоследствии он не только гостеприимно приютил в своем «доме» всех редкоземельных родственников, но и дал им право именоваться лантаноидами.

Кроме окиси лантана, Мосандер обнаружил в цериевой земле еще одну землю; в дальнейшем выяснилось, что и она имела сложный состав, и из нее в конце концов удалось выделить несколько редкоземельных элементов. Теперь настал черед иттриевой земли. Мосандер помнил о ее «желтых днях» в экспериментах Шерера. Не забыл он и о том, что данные о содержании окиси иттрия в гадолините заметно различались в опытах Гадолина, Экеберга и многих других исследователей, несмотря на сходные методы анализа. Тут было над чем поломать голову, тем более, что даже сам Берцелиус не смог дать этим расхождениям подходящего объяснения. Но с чего начать?

Прежде всего Мосандер постарался получить как можно более чистую окись иттрия. При этом ученый не довольствовался только теми методами, которыми располагала в ту пору наука: специально для своих опытов он разработал новые методы, впоследствии прочно вошедшие в арсенал химии редкоземельных элементов. Для «расщепления» иттриевой земли Мосандер использовал так называемое дробное (или фракционированное) осаждение, в основе которого лежало незначительное различие в растворимости солей редкоземельных элементов в кислотах. Если иттриевая земля представляет собой смесь окислов, то они должны выпадать в осадок не одновременно, а по очереди, обусловленной их разной основностью, а следовательно, и разной растворимостью.

Проходили дни, недели, месяцы. Буквально по каплям добавлял ученый к гидроокиси иттрия оксалат калия, аммиак и другие реактивы. Один скрупулезный опыт сменялся другим. И вот, наконец, в октябре 1843 года Мосандер опубликовал в «Философском журнале» результаты своей работы. Из иттриевой земли ему удалось выделить три окисла: сначала выпадал желтый осадок, затем розоватый и в последнюю очередь — бесцветный. Названия, которые дал Мосандер этим окислам и соответствующим им элементам, как бы символизировали разделение исходной земли, обнаруженной в минерале из-под Иттербю: от начальной части названия этой шведской деревушки «итт» получила свое имя бесцветная окись — иттрия, от «тер» — желтая, ставшая тербией, и от «эрб» — розоватая, именовавшаяся отныне эрбией.

Но на этом ставить точку было еще рано: вокруг «трио» Мосандера развернулась оживленная полемика, в которой участвовали многие крупные химики. Одни сомневались в существовании вновь открытых земель, другие, напротив, утверждали, что эти земли в свою очередь должны быть разделены на самостоятельные «территории», принадлежащие неизвестным пока элементам. Истина лежала между этими крайними точками зрения: эрбиевая земля действительно оказалась смесью окислов. В 1878 году швейцарский химик Жан Мариньяк разделил ее на две части — эрбию и иттербию (названную в честь все той же шведской деревушки). Но, как вскоре выяснилось, каждая из этих земель была… тоже смесью окислов.

Дробление земель продолжалось, семья редкоземельных элементов пополнялась новыми членами. В те годы интерес к редким землям резко возрос. Немалую роль сыграл в этом разработанный в 1860 году немецкими учеными Робертом Бунзеном и Густавом Кирхгофом спектральный метод анализа, значительно расширивший возможности проникновения в тайны вещества.

Подобно тому как во времена золотых лихорадок тысячи любителей наживы устремлялись в Калифорнию и Клондайк, в последней четверти прошлого века на берега архипелага редких земель высадился многочисленный десант ученых искателей химических кладов. Открытия новых редкоземельных металлов посыпались как из рога изобилия, но, увы, подавляющему большинству из них (а всего их оказалось свыше ста) не хватало требуемых «документов» для постоянной прописки в таблице элементов. Зато какие красивые имена давались новорожденным их счастливыми «родителями»: филиппий и деципий, демоний и метацерий, дамарий и люций, космий и неокосмий, глаукодим и викторий, эвксений и каролиний, инкогнитий и кассиопей и даже альдебараний. Теперь эти звучные названия можно найти лишь в списках ложнооткрытых химических элементов…

Но, разумеется, были и удачи. Из эрбиевой земли, наряду с самим эрбием, были получены тулий, гольмий и диспрозий, а из иттербиевой земли, кроме иттербия, еще скандий и лютеций. Характерная деталь: для выделения лютеция французскому химику Жоржу Урбену пришлось выполнить более 15 тысяч кристаллизаций. Так неохотно природа раскрывала науке свои секреты. Интересно, что лютеций оказался последним редкоземельным элементом как по времени открытия (он «вошел в строй» в 1907 году), так и по положению в ряду лантаноидов. Если вы посмотрите на таблицу элементов, то увидите, что лютеций вполне резонно может заявить: «Моя хата с краю».

Итак, все редкоземельные металлы открыты. Подведем некоторые итоги. Крохотное шведское селение Иттербю, где когда-то Аррениус нашел черный камень, дало имена четырем химическим элементам — иттрию, тербию, эрбию и иттербию. Ни один материк, ни одно государство, ни одна столица не удостоились такой чести. Стал своеобразным рекордсменом и черный минерал гадолинит (иттербит): он оказался «камерой хранения» чуть ли не десятка новых элементов, которые были извлечены из иттриевой земли, впервые обнаруженной в иттербите.

Иттрий и другие редкоземельные металлы доставили немало хлопот Д. И. Менделееву, когда тот выписывал «ордера» для заселения построенной им периодической таблицы. К моменту открытия важнейшего закона химии науке были известны шесть редкоземельных элементов. Подобрать для каждого из них подходящее место в таблице оказалось весьма сложно из-за их удивительного химического сходства, а поскольку с годами число их росло, то и забот прибавлялось. Прошло не одно десятилетие, прежде чем удалось окончательно решить «жилищную проблему» для членов редкоземельного семейства. Оказалось, что иттрию, с которого началась история редких земель, необходимо предоставить отдельную «квартиру». Такие же льготы получил скандий, а все остальные редкоземельные элементы, как уже говорилось, были размещены в «многокомнатной квартире», и лантан был назначен «ответственным съемщиком». И хотя часть лантаноидов относится к иттриевой группе (другая часть-к цериевой), иттрий разлучен с ними в таблице элементов.

С конца XVIII века, когда был открыт иттрий, до наших дней прошло чуть ли не два столетия. Казалось бы, за это время можно было досконально изучить элемент и узнать все его физические характеристики. Тем не менее до сих пор сведения о плотности, температурах плавления и кипения и некоторых других параметрах иттрия, приведенные в разных справочниках, не всегда совпадают. Причина тому одна: неодинаковая степень чистоты металла, достигнутая различными исследователями. Сейчас переплавом в вакууме с последующей двух- и трехкратной дистилляцией получают иттрий чистотой 99,8-99,9 %. Такой металл плавится примерно при 1500 °C, а его плотность составляет 4,47 г/см3. Сочетание сравнительно высокой температуры плавления с небольшой плотностью, неплохими прочностными данными и другими ценными свойствами делают иттрий перспективным конструкционным материалом. Так, из него уже изготовляют трубопроводы для транспортирования жидкого ядерного горючего — расплавленного урана или плутония. Но пока элемент № 39 чаще пробует свои силы в других областях.

Еще в конце прошлого века, ознаменовавшемся электрическим бумом, немецкий физик Вальтер Нернст создал необычную лампу накаливания: вместо угольной или металлической нити, помещенной в вакуум или инертный газ, она имела открытый стерженек из смеси окислов циркония и иттрия. Идея ученого основывалась на том, что некоторые кристаллические соединения — так называемые твердые электролиты — проводят ток в результате движения ионов, а не электронов. Лампу Нернста приходилось зажигать спичкой, так как керамический стерженек начинал проводить ток лишь при 800 °C. По этой причине лампа не нашла тогда спроса, однако подобные нагревательные элементы широко применяются в современной технике для создания высоких температур (окись иттрия заменена в них окисью кальция). В отличие от металлических, такие нагреватели не только не окисляются на воздухе, но и, напротив, работают тем лучше, чем выше окислительная способность среды.

Сегодня из окиси иттрия очень высокой чистоты изготовляют иттриевые ферриты, используемые в радиотехнике и электронике, в слуховых приборах и ячейках памяти счетно-решающих устройств. Бориды, сульфиды и окислы иттрия служат материалом катодов мощных генераторных установок, жаропрочных тиглей для плавления тугоплавких металлов. Несколько лет назад создан новый жаропрочный материал циттрит, представляющий собой циркониевую керамику с добавками иттрия; циттрит обладает минимальной теплопроводностью и сохраняет свои свойства до 2200 °C. Разработан и другой керамический материал иттрийлокс, плавящийся при 2204 °C. Этот материал (твердый раствор двуокиси тория в окиси иттрия) для видимой части спектра прозрачен, как стекло, и, кроме того, хорошо пропускает инфракрасные лучи. Из него можно изготовлять инфракрасные «окна» специальной аппаратуры и ракет, смотровые глазки высокотемпературных печей.

Иттрий внес свою лепту и в развитие цветного телевидения: кинескопы с красными люминофорами на основе его соединений характеризуются высокой яркостью свечения. В Японии для этой цели применяют окись иттрия, активированную европием; специалисты других стран отдают предпочтение ортованадату иттрия. По японским данным, на миллион трубок расходуется примерно 5 тонн чистой окиси иттрия.

Но, пожалуй, наиболее важная в наше время область применения иттрия металлургия. С каждым годом этот металл все шире используется как добавка при производстве легированной стали и модифицированного чугуна. Введение незначительных количеств иттрия в сталь делает ее структуру мелкозернистой, улучшает механические, электрические и магнитные свойства. Если немного иттрия (десятые и даже сотые доли процента) добавить в чугун, твердость его возрастет почти вдвое, а износостойкость — в четыре раза. К тому же такой чугун становится менее хрупким, по прочностным характеристикам он приближается к стали, легче переносит высокие температуры. И вот что весьма ценно: иттриевый чугун можно переплавлять несколько раз, но благотворное влияние «витамина Y» при этом сохраняется.

Иттрий повышает жаропрочность сплавов на основе никеля, хрома, железа, молибдена, увеличивает пластичность тугоплавких металлов — ванадия, тантала, вольфрама и сплавов на их основе, заметно упрочняет титановые, медные, магниевые и алюминиевые сплавы. Из легкого магнийиттриевого сплава (9 % иттрия), обладающего высокой коррозионной стойкостью, изготовляют различные детали и узлы летательных аппаратов.

Промышленность выпускает иттрий как в чистом виде (монокристаллы, слитки), так и в виде сплавов с магнием и алюминием. Масштабы его производства из года в год растут: если совсем недавно мировая добыча этого металла исчислялась лишь килограммами, то сейчас в мире ежегодно потребляется свыше ста тонн этого редкого элемента. Впрочем, такой ли уж он редкий?

Оказывается, нет. Не только иттрий, но и большинство других редкоземельных элементов встречается на земле отнюдь не редко. Иттрия в земной коре 0,0029 %, а это значит, что он входит в число 30 наиболее распространенных элементов нашей планеты. Его земные запасы в десятки раз больше, чем, например, молибдена или вольфрама, в сотни раз больше, чем серебра или ртути, и, наконец, в тысячи раз больше, чем золота или платины. Понятие «редкоземельные элементы» — скорее дань истории их открытия, чем оценка распространенности их в природе.

Свыше ста минералов содержат иттрий. Среди них есть собственно иттриевые ксенотим, фергюсонит, эвксенит, таленит и другие. Сравнительно недавно, в 1961 году, советские ученые обнаружили скопления неизвестного ранее иттрийсодержащего минерала в Казахстане. В честь первого в мире космонавта он был назван гагаринитом. Один из лучших образцов этого камня его первооткрыватели подарили Ю. А. Гагарину. Красивая друза гагаринита — крупные светло-желтые шестигранные кристаллы — экспонируется в Минералогическом музее им. А. Е. Ферсмана Академии наук СССР.

ВОЗРОЖДЕННЫЙ «ДИНОЗАВР» (ТЕХНЕЦИЙ)

Вернется ли вчерашний день? — Долг платежом красен. — Подмоченная репутация. — Фортуна поворачивается спиной. — Зачем ломать копья? «Категорически запрещается!» — Нахальные соседи. — Не спеши… — Пропавший без вести. — Новинки артиллерии. — Визит за океан. — Лучше меньше, чем ничего. Не мудрствуя лукаво. — «Чудо-осколки». — Нельзя ли подешевле? — Блюдо не по вкусу. — Неприступная крепость. — Вблизи нуля. — В созвездии Андромеды. Отпавшие версии. — Динозавры выходят на прогулку.

Вообразите, что однажды утром, раскрыв газету, вы увидели в ней сенсационное сообщение:

Родился динозавр

Вчера в N-ском зоопарке успешно завершились многолетние эксперименты по скрещиванию крокодилов и кенгуру в целях воссоздания на Земле динозавров животных, обитавших в мезозойскую эру и вымерших много миллионов лет назад.

Разумеется, такая «информация» могла появиться в газете только 1 апреля. Мыслимо ли, чтобы колесо истории вдруг прокрутилось на много-много оборотов назад и вернуло бы нам вчерашний день? Недаром говорят, что было, того уж не вернешь.

И все же, хотя науке сегодня действительно не под силу возрождать динозавров и птеродактилей, но совершать нечто подобное в иных областях ученым иногда удается. Речь идет о «воскрешении» тех химических элементов, которые когда-то «обитали» на нашей планете, но постепенно в результате радиоактивного распада практически полностью исчезли. Первым таким элементом был полученный в 1937 году технеций. Впрочем, сначала-небольшой экскурс в историю химии.

Еще в 1846 году работавший в России химик и минералог Р. Герман нашел в Ильменских горах на Урале неизвестный ранее минерал, названный им иттроильменитом. Ученый не успокоился на достигнутом и попытался выделить из него новый химический элемент, который, как он считал, содержится в минерале. Но не успел он открыть свой ильмений. как известный немецкий химик Г. Розе «закрыл» его, доказав ошибочность работ Германа. (Вскоре тот сумел отомстить: когда Розе объявил об открытии им пелопия, Герман, приложив немало усилий, убедительно опроверг выводы Розе.)

Спустя четверть века ильмений снова появился на авансцене химии — о нем вспомнили как о претенденте на роль «эка-марганца», который должен был занять пустовавшее в периодической системе место под номером 43. Но репутация ильмения была сильно «подмочена» работами Г. Розе, и, несмотря на то, что многие его свойства, в том числе и атомный вес, вполне подходили для элемента № 43, Д. И. Менделеев не стал оформлять ему прописку в своей таблице. Дальнейшие исследования окончательно убедили научный мир в том, что ильмений может войти в историю химии лишь с печальной славой одного из многочисленных лжеэлементов.

Поскольку свято место пусто не бывает, претензии на право занять его появлялись одна за другой. Дэвий, люций, ниппоний — все они лопались, словно мыльные пузыри, едва успев появиться на свет.

Но вот в 1925 году немецкие ученые супруги Ида и Вальтер Ноддак опубликовали сообщение о том, что ими обнаружены два новых элемента — мазурий (№ 43) и рений (№ 75). К рению судьба оказалась благосклонной: он тут же был узаконен в правах и незамедлительно занял приготовленную для него резиденцию. А вот к мазурию фортуна повернулась спиной: ни его первооткрыватели, ни другие ученые не могли научно подтвердить открытие этого элемента. Правда, Ида Ноддак заявила, что «в скором времени мазурий, подобно рению, можно будет покупать в магазинах», но химики, как известно, словам не верят, а других, более убедительных доказательств супруги Ноддак представить не могли — список «лжесороктретьих» пополнился еще одним неудачником.

В этот период некоторые ученые начали склоняться к мысли, что далеко не все элементы, предсказанные Менделеевым, в частности элемент № 43, существуют в природе. Может быть, их просто нет и незачем понапрасну терять время и ломать копья? К такому выводу пришел даже крупный немецкий химик Вильгельм Прандтль, наложивший «вето» на открытие мазурия.

Внести ясность в этот вопрос позволила младшая сестра химии — ядерная физика, успевшая уже к тому времени завоевать прочный авторитет. Одна из закономерностей этой науки (замеченная в 20-х годах советским химиком С. А. Щукаревым и окончательно сформулированная в 1934 году немецким физиком Г. Маттаухом) называется правилом Маттауха- Щукарева, или правилом запрета. Прежде чем разъяснить его суть, напомним, что означают термины «изотоп» и «изобар». Изотопы — атомы какого-либо химического элемента, имеющие одинаковый заряд атомных ядер, но разные массовые числа. У изобаров же, или, иначе говоря «равнотяжелых» изотопов, напротив, заряды ядер различны, а массовые числа совпадают.

Теперь вернемся к правилу запрета. Смысл его заключается в том, что в природе не могут существовать два стабильных изобара, ядерные заряды которых отличаются на единицу. Другими словами, если у какого-либо химического элемента есть устойчивый изотоп, то его ближайшим соседям по таблице «категорически запрещается» иметь устойчивый изотоп с тем же массовым числом. В этом смысле элементу № 43 явно не повезло: его соседи слева и справа молибден и рутений — позаботились о том, чтобы все стабильные вакансии близлежащих «территорий» принадлежали их изотопам. А это означало, что элементу № 43 выпала тяжкая доля: сколько бы изотопов он не имел, все они обречены на неустойчивость, и, таким образом, им приходилось непрерывно — днем и ночью — распадаться, хотели они того или нет.

Резонно предположите, что когда-то элемент № 43 существовал на Земле в заметных количествах, но постепенно исчез, как утренний туман. Так почему же в таком случае до наших дней сохранились уран и торий? Ведь они тоже радиоактивны и, следовательно, с первых же дней своей жизни распадаются, как говорится, медленно, но верно? Но именно в этом и кроется ответ на наш вопрос: уран и торий только потому и сохранились, что распадаются медленно, значительно медленнее, чем другие элементы с естественной радиоактивностью (и все же за время существования Земли запасы урана в ее природных кладовых уменьшились примерно в сто раз). Расчеты американских радиохимиков показали, что неустойчивый изотоп того или иного элемента имеет шансы дожить в земной коре с момента «сотворения мира» до наших дней только в том случае, если его период полураспада превышает 150 миллионов лет. Забегая вперед, скажем, что когда были получены различные изотопы элемента № 43, выяснилось, что период полураспада самого долгоживущего из них лишь немногим больше двух с половиной миллионов лет, и, значит, последние его атомы перестали существовать, видимо, даже задолго до появления на Земле первого динозавра: ведь наша планета «функционирует» во Вселенной уже примерно 4,5 миллиарда лет.

Стало быть, если ученые хотели «пощупать» своими руками элемент № 43, его нужно было этими же руками и создавать, поскольку природа давно внесла его в списки пропавших. Но по плечу ли науке такая задача?

Да, по плечу. Это впервые экспериментально доказал еще в 1919 году замечательный английский физик Эрнест Резерфорд. Он подверг ядро атомов азота ожесточенной бомбардировке, в которой орудиями служили все время распадавшиеся атомы радия, а снарядами — образующиеся при этом альфа-частицы. В результате длительного обстрела ядра атомов азота пополнились протонами и он превратился в кислород.

Опыты Резерфорда вооружили ученых необыкновенной артиллерией: с ее помощью можно было не разрушать, а создавать — превращать одни вещества в другие, получать новые элементы.

Так почему бы не попытаться добыть таким путем элемент № 43? За решение этой проблемы взялся молодой итальянский физик Эмилио Сегре. В начале 30-х годов он работал в Римском университете под руководством уже тогда знаменитого Энрико Ферми. Вместе с другими «мальчуганами» (так Ферми шутливо называл своих талантливых учеников) Сегре принимал участие в опытах по нейтронному облучению урана, решал многие другие проблемы ядерной физики. Но вот молодой ученый получил заманчивое предложение — возглавить кафедру физики в Палермском университете. Когда он приехал в древнюю столицу Сицилии, его ждало разочарование: лаборатория, которой ему предстояло руководить, была более чем скромной и вид ее отнюдь не располагал к научным подвигам.

Но велико было желание Сегре глубже проникнуть в тайны атома. Летом 1936 года он пересекает океан, чтобы побывать в американском городе Беркли. Здесь, в радиационной лаборатории Калифорнийского университета уже несколько лет действовал изобретенный Эрнестом Лоуренсом циклотрон — ускоритель атомных частиц. Сегодня это небольшое устройство показалось бы физикам чем-то вроде детской игрушки, но в то время первый в мире циклотрон вызывал восхищение и зависть ученых из других лабораторий (в 1939 году за его создание Э. Лоуренс был удостоен Нобелевской премии).

Незаметно подошел к концу срок пребывания Сегре в США. Трудно ему было расставаться с циклотроном — о подобном оборудовании он не мог тогда и мечтать. Незадолго до отъезда ученому пришла в голову интересная мысль: захватить с собой в Италию пластинку молибдена, на которую в течение нескольких месяцев обрушивался мощный поток ускоренных на циклотроне дейтронов — ядер тяжелого водорода (дейтерия). Лоуренс охотно пошел навстречу своему коллеге, и тот вернулся в Палермо с несколькими образцами невзрачного на вид, но драгоценного молибдена.

Зачем же они понадобились Сегре? «У нас были веские основания думать, писал он впоследствии, — что молибден после бомбардировки его дейтронами должен превратиться в элемент с номером 43…» В самом деле, ведь атом молибдена имеет в своем ядре 42 протона. Если дейтрон, состоящий из протона и нейтрона, сумеет проникнуть в ядро атома молибдена, то в нем окажется уже 43 протона, т. е. как раз столько, сколько должно быть в ядре элемента № 43.

Казалось бы, все просто, но попробуй докажи это экспериментальным путем. Как бы то ни было, в январе 1937 года Сегре и его помощник минералог Карло Перье засучили рукава и приступили к делу.

Прежде всего они выяснили, что заокеанский молибден излучает бета-частицы — быстрые ядерные электроны. Значит, в нем действительно «сидит» радиоактивный изотоп, но какой именно? Это может быть изотоп как самого молибдена, так и других элементов, например циркония, ниобия, рутения или искомого «сорок третьего».

В результате скрупулезного химического «расследования» все элементы, кроме последнего, сумели доказать свою полную непричастность к бета-излучению. После их удаления ученые получили, наконец, долгожданный «эка-марганец». Правда, получили — пожалуй, слишком громко сказано: как выяснилось несколько позднее, они имели дело всего с 0,0000000001 грамма нового вещества. Впрочем, для физиков одна десятимиллиардная доля грамма — не так уж и мало: открытие менделевия (№ 101) было зарегистрировано, когда удалось «добыть» всего 17 атомов этого элемента. Для наглядности приведем такой пример: если все атомы железа, содержащиеся в крохотной булавочной головке, равномерно распределить по поверхности земного шара, то на каждом квадратном метре «обоснуется» добрый десяток миллионов(!) атомов.

Но мы несколько отвлеклись от главных событий, которым посвящен наш рассказ. Итак, в июне 1937 года искусственным путем ученым удалось воссоздать первый из «вымерших» на Земле химических элементов. Не мудрствуя лукаво, Э. Сегре и К. Перье назвали сорок третий элемент технецием, что в переводе с греческого («техникос») значит искусственный.

Хотя технеция в руках ученых было, скажем прямо, не густо, они все же сумели определить некоторые свойства нового элемента и убедились, что он родственник рения, причем довольно близкий, а не «седьмая вода на киселе».

Вполне понятно, как велико было желание химиков и физиков всего мира узнать побольше подробностей об искусственном новоселе таблицы Менделеева. Но чтобы изучать технеций, нужно было его иметь. Все понимали, что на облученный молибден рассчитывать не приходилось: слишком беден он был технецием. Требовалось подыскать более подходящую кандидатуру на роль поставщика этого элемента.

Поиски продолжались недолго: уже в 1940 году все тот же Сегре и его ассистентка By Цзянь-сюн обнаружили, что один из самых долгоживущих изотопов технеция в довольно солидных количествах присутствует в так называемых «осколках», образующихся при делении урана в результате облучения его нейтронами (этот процесс лежит в основе работы ядерных реакторов). На один килограмм «осколков» приходится несколько граммов технеция — тут уже есть о чем поговорить всерьез. Неудивительно, что ядерные реакторы стали по совместительству своеобразными «фабриками», производящими технеций.

Поначалу продукция этих «фабрик» — тяжелый тугоплавкий серебристо-белый металл — стоила, прямо скажем, дороговато — в тысячи раз дороже золота. Но атомная энергетика развивалась весьма энергично (на то она и энергетика!). С каждым годом «сжигалось» все больше ядерного топлива, и урановые «осколки» постепенно становились не столь дефицитным товаром, как прежде. Цена на технеций начала резко падать. Однако процесс извлечения его из радиоактивных «осколков» очень и очень сложен, поэтому еще в 1965 году каждый грамм «синтетического» металла оценивался на мировом рынке в 90 долларов. Но производство его определялось уже не долями миллиграмма, а десятками и сотнями килограммов, и ученые могли теперь всесторонне изучить его свойства, попытаться определить возможные сферы его будущей деятельности.

Важнейшая профессия технеция определилась довольно быстро: борьба с коррозией. Эта коварная «хищница» наносит человечеству огромный ущерб, безжалостно съедая каждый год десятки миллионов тонн стали. Металлурги, правда, умеют варить нержавеющую сталь — «блюдо», которое коррозии не по зубам. Но, во-первых, такая сталь значительно дороже обычной; во-вторых, стали всякие нужны, а сделать металл одновременно и нержавеющим, и, например, износостойким не всегда возможно; наконец, в-третьих, просто не напастись столько хрома и никеля, без которых «нержавейку» не сваришь, как не приготовишь уху без рыбы. Металловеды, химики, физики постоянно ищут способы умерить аппетит коррозии, сделать ее менее прожорливой.

Решить антикоррозионную проблему не так-то просто, но успехов на этом поприще уже немало. Ученые обнаружили, в частности, что некоторые вещества обладают ценнейшими свойствами: они делают поверхность металла химически пассивной и, таким образом, надежно предохраняют изделия от коррозии. Эти вещества получили название ингибиторов (от латинского слова «ингибире» тормозить, удерживать). Самым способным из них оказался технеций: он обладает наибольшим ингибирующим эффектом. Если стальную деталь обработать раствором, в котором присутствуют едва уловимые количества пертехнатов (солей технециевой кислоты) — всего стотысячные доли процента, то она окажется неприступной крепостью для ржавчины. Даже значительный нагрев (до 250 °C) не в силах при этом помочь «агрессору».

Немалый интерес представляет еще одно ценное свойство технеция. Известно, что вблизи абсолютного температурного нуля (-273,16 °C) многие металлы становятся сверхпроводниками, т. е. практически перестают оказывать какое бы то ни было сопротивление прохождению электрического тока. Чем выше точка перехода в сверхпроводящее состояние (так называемая критическая температура), тем большие перспективы сулит это свойство технике. В этом отношении у технеция нет конкурентов: он совершенно беспрепятственно проводит ток при 8,24 К (-264,92 °C), в то время как другим металлам для этого нужно еще немного «поостыть».

Ученые не теряют надежды найти технеций в земной коре, поскольку теоретически можно предположить, что «осколки» урана образуются и в природных кладовых этого элемента; кроме того, не исключена возможность появления технеция в различных горных породах, содержащих молибден, рутений, ниобий: их изотопы под действием космических нейтронов, достигающих Земли, способны превращаться в изотопы элемента № 43.

И все же возлагать большие надежды на нашу планету, пожалуй, не приходится. Вот почему многие исследователи в поисках технеция обратили свой взор (в буквальном смысле) на другие небесные тела. Еще в 1951 году американский астроном Шарлотта Мур опубликовала сенсационное сообщение: спектральным анализом технеций обнаружен на Солнце. Спустя год английский астрофизик Р. Мерилл нашел линии этого элемента в спектре некоторых звезд из созвездий Андромеды и Кита. Правда, дальнейшими исследованиями открытие Мур не подтвердилось, зато существование технеция на далеких звездах неопровержимо доказывали сотни спектрограмм.

Но самое удивительное было в том, что звездные запасы этого элемента оказались вполне сопоставимыми с содержанием циркония, ниобия, молибдена. Может быть, технеций из созвездия Андромеды, в отличие от земного, стабилен и потому распаду не подлежит? Нет, это исключено. Тогда, возможно, звезды, о которых идет речь, намного моложе земли и технеций еще просто не успел превратиться в другие элементы? И такая версия отпадает, потому что эти звезды и наша планета принадлежат к одному «поколению».

В таком случае напрашивается единственный вывод: внутри некоторых небесных тел технеций образуется и в настоящее время. Как это происходит, наука еще не может точно объяснить, а лишь выдвигает ряд гипотез. Видимо, в процессе эволюции звезд в их недрах непрерывно протекают термоядерные реакции и в результате на свет рождаются различные химические элементы.

Вполне возможно, что где-то в просторах Вселенной, за тридевять галактик от Земли, затерялась пока неведомая ученым планета. Кое-где на ее поверхности встречается застывшая лава — вулканы выбросили из недр очередную порцию «свежеприготовленного» технеция. А может быть там и динозавры разгуливают?..

ШУТКА АНГЛИЙСКОГО УЧЕНОГО (ПАЛЛАДИЙ)

Роковое утро. — Странное объявление. — Любопытство — не порок. — Мошенник будет разоблачен! — Как сорвать куш? — Тайное становится явным. — Фиаско Ченевикса. — Богиню звали Афиной Палладой. — Поручение испанского правительства. — Не густо! — Скромная роль. — Есть ли пятна на Солнце? — Все в мире относительно. — Белое золото. — Полезные связи. — Броня крепка. — На внешней орбите. — Палладий творит чудеса. — Все довольны. — Информация к размышлению. — Сиреневый сплав. — Две медали.

В тот день Ричард Ченевикс — преуспевающий английский химик — проснулся раньше обычного. За окном висели тяжелые, мокрые насквозь тучи. Дождь, беззастенчиво тарахтевший всю ночь напролет, продолжал лить как из ведра, словно желая проверить водонепроницаемость лондонских крыш. Казалось, небеса решили выплеснуть на землю всю накопленную ими влагу.

Может быть, нам не следовало уделять столько внимания атмосферным осадкам, которыми, как известно, богат Туманный Альбион, если бы именно в это слякотное утро 1803 года не произошло событие, в конце концов приведшее к тому, что научная репутация Ченевикса оказалась подмоченной.

Просматривая за чашкой кофе свежие газеты, Ченевикс наткнулся на странное объявление, сообщавшее, что в магазине мистера Форстера — коллекционера и торговца минералами — можно по сходной цене приобрести новый металл палладий, о котором еще вчера не слышал ни один химик мира.

Что это: шутка, научная мистификация или рекламный трюк? И хотя Ченевиксу было совершенно ясно, что ни о каком новом металле здесь не могло быть и речи, любопытство взяло свое: несмотря на непогоду, он все же отправился по указанному адресу.

К его великому удивлению Форстер действительно показал слиточек металла, по внешнему виду напоминавшего платину, но значительно более легкого. Он рассказал, что несколько дней назад получил письмо, написанное красивым почерком на дорогой бумаге. Анонимный корреспондент предлагал владельцу магазина попытаться продать небольшое количество неизвестного ранее металла, который был приложен к письму. Более Форстер ничего не мог сказать. Ченевикс решил купить слиточек, чтобы потом, проанализировав его, публично высмеять наглого лжехимика, который якобы открыл новый металл. Не грех было заодно и проучить торговца, принявшего участие в этой возмутительной фальсификации.

О своем намерении ученый оповестил коллег, и те с нетерпением ожидали результатов анализа. Вскоре Ченевикс выступил с сообщением, что так называемый палладий вовсе «не новый элемент, как постыдно заявлялось», а всего-навсего сплав платины со ртутью. Казалось бы, мошенническая проделка разоблачена, но как ни старались после этого другие химики обнаружить в палладии платину и ртуть, им это не удавалось. В чем же дело? Уязвленный Ченевикс поспешил объяснить и этот факт: по его мнению, причина крылась в том, что ртуть в сплаве очень прочно связана с платиной и разделить их практически невозможно. Более того, он даже указал рецепт приготовления сплава.

Страсти, разгоревшиеся вокруг нового металла, со временем начали утихать, как вдруг в одном из научных журналов появилось объявление, в котором предлагалась немалая премия (20 фунтов стерлингов!) тому, кто в течение года сможет приготовить палладий из платины и ртути по рецепту Ченевикса или любым иным способом. Желающих сорвать куш оказалось немало, но год прошел, а ни сам Ченевикс, ни кто-либо другой так и не обрели право на премию.

Спустя некоторое время после истечения назначенного срока, в 1804 году, на заседании Лондонского королевского общества (игравшего роль Академии наук) его секретарь, известный врач и химик Уильям Гайд Волластон, доложил, что при анализе платины он обнаружил в ней металл с теми же свойствами, что у палладия, купленного за год до этого Ченевиксом, и, кроме того, еще один новый металл, названный родием. А в начале 1805 года в том же журнале, где было помещено объявление о премии, Волластон опубликовал открытое письмо, в котором признался, что не кто иной, как он создал ажиотаж вокруг открытого им палладия: именно он предложил Форстеру для продажи слиточек нового металла и он же пообещал раскошелиться на 20 фунтов стерлингов.

Трудно сказать, чем руководствовался Волластон, столь необычным путем оповестивший мир о своем открытии. Для Ченевикса же все это означало полное фиаско. Потрясенный неудачей, он вскоре после описанных событий вообще забросил занятия химией.

Назвав новый металл палладием, Волластон тем самым отдал дань уважения совершенному в 1802 году астрономическому открытию немецкого ученого Г. Ольберса, обнаружившего в солнечной системе неизвестную ранее малую планету (или астероид), которую он окрестил Палладой в честь древнегреческой богини мудрости Афины Паллады.

Спустя четверть века в издаваемом в России «Горном журнале» появилось следующее сообщение: «В 1822 году Г. Бреан имел поручение от испанского правительства очистить и обратить в слитки всю платину, собранную в Америке в течение многих лет. При сем случае, обрабатывая более 61 пуда сырой платины, отделил он два с четвертью фунта палладия, металла, открытого Волластоном и по чрезвычайной редкости своей ценимого в пять с половиной раз выше золота».

Сегодня, когда с относительной точностью подсчитано содержание всех элементов в земной коре, известно, что палладия в ней примерно в десять раз больше, чем золота. Однако общие запасы палладия, как и других металлов платиновой группы, довольно скудны — всего 5*10-6 %, хотя геохимики могут назвать около 30 минералов, в которые входит этот элемент. В отличие от других платиноидов, палладий, как и сама платина, встречается также в самородном состоянии. Как правило, при этом он содержит примеси платины, иридия, золота, серебра. Нередко палладий и сам находится в природе в виде примеси к самородной платине или золоту. В Бразилии, например, найдена редчайшая разновидность самородного золота (порпецит), в котором содержится 8-11 % палладия.

Поскольку россыпные месторождения палладия довольно редки, основным сырьем для его получения служат сульфидные руды никеля и меди. Палладию, правда, принадлежит при этом скромная роль побочного продукта переработки руд, но он от этого не становится менее ценным. Крупными залежами таких руд располагают Трансвааль и Канада. А сравнительно недавно советские геологи нашли в районе Норильска обширные месторождения медно-никелевых руд, для которых характерно присутствие платиновых металлов, главным образом палладия.

Этот элемент имеется не только на нашей планете — «водится» он и на других небесных телах, о чем свидетельствует состав метеоритов. Так, в железных метеоритах на тонну вещества приходится до 7,7 грамма палладия, а в каменных до 3,5 грамма. То, что на Солнце есть пятна, известно всем. А вот то, что на Солнце есть палладий, знают, видимо, далеко не все. Ученые обнаружили там палладий одновременно с гелием, еще в 1868 году.

Несмотря на то, что палладий примерно в полтора раза тяжелее железа, среди своих «коллег»-платиноидов он прослыл легковесным: по плотности (12 г/см3) он значительно уступает осмию (22,5), иридию (22,4), платине (21,45). Плавится он также при более низкой температуре (1552 °C), чем другие металлы платиновой группы. Палладий легко обрабатывается даже при комнатной температуре. А поскольку он довольно красив, отлично полируется, не тускнеет и не корродирует, ювелиры охотно взяли его в работу: из него изготовляют, например, оправы для драгоценных камней.

Мы уже привыкли к таким газетным штампам, как «черное золото» — так величают нефть, «мягкое золото» — мех, «зеленое золото» — лес. Когда говорят о «белом золоте», обычно подразумевают хлопок. Но, оказывается, золото может быть белым в самом прямом смысле: даже небольшие добавки палладия снимают «с лица» золота желтизну и придают ему красивый белый оттенок. Часы, оправы для драгоценных камней, браслеты из белого золота очень эффектны.

Весьма приятным оказалось знакомство с палладием и для титана. Известно, что этому металлу присуща высокая коррозионная стойкость: даже такие всеядные «хищники», как царская водка или азотная кислота, не могут «полакомиться» титаном, однако под действием концентрированных соляной и серной кислот он все же вынужден корродировать. Но если его немного «витаминизировать» палладием (добавка меньше 1 %), то способность титана сопротивляться этим окислителям резко возрастает. Такой сплав уже освоен нашими заводами: из него изготовляют аппаратуру для химической, атомной, нефтяной промышленности. За год пребывания в соляной кислоте пластинка из нового сплава теряет всего 0,1 миллиметра своей толщины, в то время как чистый титан за тот же срок «худеет» на 19 миллиметров. Раствору хлорида кальция сплав совсем не по зубам, а титану без примеси палладия приходится отдавать этому агрессору ежегодную дань — более двух миллиметров.

Каким же образом палладию удается столь благотворно влиять на титан? Причиной этого оказалось обнаруженное недавно учеными явление так называемой самопассивации (самозащиты) металлов: если в сплавы на основе титана, железа, хрома или свинца ввести буквально микродозы благородных металлов — палладия, рутения, платины, то стойкость сплавов против коррозии повышается в сотни, тысячи и даже десятки тысяч раз.

В лаборатории коррозии сплавов Института физической химии Академии наук СССР ученые испытали действие палладия на хромистую сталь. Детали из этого материала разъедаются многими кислотами за несколько дней. Дело в том, что положительные ионы металла при этом переходят в раствор кислоты, а из раствора в кристаллическую решетку металла проникают ионы водорода, которые охотно соединяются со свободными электронами. Образовавшийся водород выделяется и разрушает сталь. Когда же в кислоту погрузили деталь из той же стали, но с «гомеопатической» добавкой палладия (доли процента), коррозия металла продолжалась всего… несколько секунд, а затем кислота оказалась бессильной. Исследование показало, что кислота взаимодействует в первую очередь с палладием и тут же поверхность стали покрывается тончайшей окисной пленкой деталь как бы надевает на себя защитную рубашку. Такая «броня» делает сталь практически неуязвимой: скорость ее коррозии в кипящей серной кислоте не превышает десятых долей миллиметра в год (прежде она достигала нескольких сантиметров).

Сам палладий тоже легко попадает под влияние некоторых других элементов: стоит ввести в него, например, небольшое количество родственных металлов рутения (4 %) и родия (1 %), как его прочность на растяжение повышается примерно вдвое.

Сплавы палладия с другими металлами (главным образом серебром) используют в зубоврачебной технике — из него делают отличные протезы. Палладием покрывают особо ответственные контакты электронной техники, телефонных аппаратов и других электротехнических приборов. Из палладия изготовляют фильеры — колпачки с множеством мельчайших отверстий: в производстве тончайшей проволоки или искусственных волокон через эти отверстия продавливают специально подготовленную массу. Палладий служит материалом для термопар и некоторых медицинских инструментов.

Но, пожалуй, наибольший интерес представляют уникальные химические свойства палладия. В отличие от всех элементов, известных сегодня науке, он имеет на внешней орбите атома 18 электронов: иными словами, его наружная электронная оболочка заполнена до предела. Такое строение атома обусловило исключительную химическую стойкость палладия: даже всесокрушающий фтор при обычных условиях опасен для него не более, чем для слона комариный укус. Только призвав на помощь высокие температуры (500 °C и более), фтор и другие сильные окислители могут вступить во взаимодействие с палладием.

Палладий способен поглощать или, выражаясь языком физиков и химиков, окклюдировать в больших количествах некоторые газы, главным образом водород. При комнатной температуре кубический сантиметр палладия в состоянии поглотить примерно 800 «кубиков» водорода. Разумеется, такие эксперименты не проходят для металла бесследно: он разбухает, вспучивается, дает трещины.

Не менее удивительно и другое свойство палладия, также связанное с водородом. Если. допустим, изготовить из палладия сосуд и наполнить его водородом, а затем, закупорив. нагреть, то газ преспокойно начнет вытекать через… стенки сосуда, как вода через решето. При 240 °C за одну минуту через каждый квадратный сантиметр палладиевой пластинки толщиной в миллиметр проходит 40 кубических сантиметров водорода, а с повышением температуры проницаемость металла становится еще более значительной.

Как и другие платиновые металлы, палладий служит отличным катализатором. Это свойство в сочетании со способностью пропускать водород лежит в основе явления, открытого недавно группой московских химиков. Речь идет о так называемом сопряжении (взаимном ускорении) двух реакций на одном катализаторе, в роли которого выступает палладий. Реакции при этом как бы помогают друг другу, а вещества, принимающие в них участие, не перемешиваются.

Представьте себе аппарат, герметически разделенный тонкой палладиевой перегородкой (мембраной) на две камеры. В одной из них находится бутилен, в другой — бензол. Жадный до водорода палладий вырывает его из молекул бутилена, газ проходит через мембрану в другую камеру и там охотно соединяется с молекулами бензола. Бутилен, у которого отняли водород, превращается в бутадиен (сырье для производства синтетического каучука), а бензол, поглотив водород, становится циклогексаном (из него изготовляют капрон и нейлон). Присоединение водорода к бензолу протекает с выделением тепла; значит, чтобы реакция не прекратилась, тепло нужно все время отводить. Зато бутилен готов отдать свой водород лишь «в обмен» на некоторое количество джоулей. Поскольку обе реакции проходят «под одной крышей», все тепло, образующееся в первой камере, тут же используется в другой. Эффективное сочетание этих химических и физических процессов становится возможным благодаря тоненькой палладиевой пластинке.

С помощью мембранных палладиевых катализаторов можно также получать из нефтяного сырья и попутных газов сверхчистый водород, необходимый, например, для производства полупроводников и особо чистых металлов.

В наши дни палладий сравнительно дешев — его цена в пять раз меньше, чем платины. Немаловажное обстоятельство! Оно позволяет надеяться, что работы для этого металла будет с каждым годом все больше и больше. А помогут ему найти новые сферы деятельности электронные вычислительные машины. Решение подобных задач по плечу ЭВМ, конечно, при условии, что ученые обеспечат их необходимой «информацией к размышлению».

Сегодня уже никого не удивишь тем, что ЭВМ играют в шахматы, управляют технологическими процессами, переводят с иностранных языков, рассчитывают траектории полета космических кораблей. А почему бы не вменить в обязанности ЭВМ создание новых сплавов, обладающих уникальными свойствами?

Такую проблему поставили перед собой несколько лет назад ученые Института металлургии имени А. А. Байкова Академии наук СССР. Прежде всего им предстояло найти общий язык с машиной, на котором можно было бы отдавать ей команды. И такой язык — нужные алгоритмы — ученым удалось разработать. В блок памяти ЭВМ «Минск-22» были введены результаты исследований примерно 1500 различных сплавов и, кроме того, «анкетные данные» металлов — электронное строение их атомов, температуры плавления, типы кристаллических решеток и многие другие сведения, характерные для каждого из металлов. Зная все это, машина должна была предсказать, какие неизвестные ранее соединения могут быть получены, указать их основные свойства, а значит, и подобрать подходящие для них области применения.

Представьте себе, что эти задачи решались бы, как и прежде, «ручным» способом — путем обычных экспериментов. Это значило бы, что к каждому металлу нужно добавить различные количества другого металла, выбранного по тем или иным соображениям, из полученных сплавов приготовить образцы, затем подвергнуть их физическим и химическим исследованиям, и т. д. Ну, а если задаться целью изучить все возможные комбинации не двух, а трех, четырех, пяти компонентов? Такая работа заняла бы десятки, а то и сотни лет. К тому же для проведения опытов понадобилось бы огромное количество металлов, многие из которых дороги и дефицитны. Вполне возможно, что земных запасов таких редких элементов, как, например, рений, индий, палладий, на подобные эксперименты попросту бы не хватило.

Электронной вычислительной машине пищей для ума служат цифры, символы, формулы, да и «производительность труда» у нее повыше: за считанные мгновенья она в состоянии выдать огромную научную информацию.

В результате кропотливой работы, проведенной под руководством члена-корреспондента Академии наук СССР Е. М. Савицкого, удалось сначала предсказать с помощью ЭВМ, а затем и получить в натуре многие интересные материалы. Одними из первых соединений, рожденных ЭВМ, были сплавы палладия, в том числе необычайно красивый сиреневый сплав палладия с индием. Но главное, разумеется, не в цвете. Гораздо важнее деловые качества новых «работников». И они, надо сказать, на высоте. Так, созданный институтом сплав палладия с вольфрамом позволил более чем в 20 раз повысить надежность и срок эксплуатации многих электронных приборов.

«Прогноз с помощью ЭВМ, — говорит Е. М. Савицкий, — конечно, не делается для сплавов, которые можно получить простым смешением компонентов, но там, где нужны сложные соединения и требуется получить сплавы, выдерживающие огромные давления и сверхвысокие температуры, противостоящие магнитным и электрическим полям, там помощь ЭВМ необходима». Машина подсказала уже ученым около восьмисот новых сверхпроводящих соединений и почти тысячу сплавов со специальными магнитными свойствами. Кроме того ЭВМ порекомендовала металловедам обратить внимание примерно на пять тысяч соединений редкоземельных металлов из которых пока известна лишь пятая часть. Ценные указания получены от машины и в отношении трансурановых элементов.

По мнению Е. М. Савицкого, «возможности синтеза неорганических соединений безграничны. На их основе уже в ближайшие годы число полученных соединений может быть увеличено в десятки раз. И несомненно среди них будут находиться вещества с совершенно новыми и редкими физическими и химическими свойствами, необходимыми для народного хозяйства и новой техники».

В заключение расскажем о двух медалях, изготовленных из палладия. Первая из них, носящая имя Волластона, была учреждена Лондонским геологическим обществом полтора века назад. Сначала медаль чеканили из золота, но после того, как в 1846 году английский металлург Джонсон извлек из бразильского палладистого золота чистый палладий, ее изготовляют только из этого металла. В 1943 году медаль имени Волластона была присуждена замечательному советскому ученому академику А. Е. Ферсману и хранится сейчас, в Государственном историческом музее СССР. Вторую палладиевую медаль, присуждаемую за выдающиеся работы в области электрохимии и теории коррозионных процессов, учредило Американское электрохимическое общество. В 1957 году этой наградой были отмечены труды крупнейшего советского электрохимика академика А. И. Фрумкина.

ПО ИМЕНИ ФИНИКИЙЦА КАДМА (КАДМИЙ)

Строгий ревизор. — Загадочная желтизна. — Повествуют мифы. — Покушения на приоритет. — Крик души. — Надежное алиби. — Кадмиевое «покрывало». Нежеланный гость. — «Усы» входят в моду. — Прочная паутина. — Отрицательный герой. — Лунная бритва. — Сердце бьется чаще. — Чьи отпечатки пальцев? — Трио в работе. — Ну, а вдруг? — Служба на периферии. — Огни маяков. — Лебедь, рак и щука. — Бешеные цены. — «Made in cosmos». — Негативная сторона. Большая редкость.

Все началось с ревизии. Но любителей детективного жанра ждет горькое разочарование: в описываемой истории ревизия привела не к раскрытию преступной шайки жуликов, а к… открытию нового химического элемента.

Дело происходило в Германии в начале прошлого века. Окружной врач Ролов, ревизуя по долгу службы аптеки своего округа, обнаружил во многих из них препараты с окисью цинка, которая показалась ему подозрительной: ее внешний вид позволял предположить, что она содержит мышьяк. А поскольку репутация этого элемента и сейчас далеко не безупречна (до сих пор, например, многие историки считают мышьяк «виновником» смерти Наполеона), Ролов запретил продажу этих препаратов и подверг изъятую окись цинка проверке. Первые же опыты вроде бы свидетельствовали, что бдительный врач не зря поднял тревогу: при взаимодействии раствора этой окиси цинка и сероводорода выпадал желтый осадок, очень напоминавший сульфид мышьяка. Но владелец фабрики, изготовлявшей злополучные препараты, некто Герман, не пожелал сдаваться без боя. Будучи по профессии химиком, он тщательно проверил свою продукцию на присутствие мышьяк всеми известными тогда методами. Результаты анализов явно опровергли мнение Ролова, и Герман обратился к местным властям с просьбой «реабилитировать» его ни в чем не повинные препараты.

Прежде чем окончательно разрешить возникший спор, власти земли Ганновер сочли нужным выяснить мнение профессора Штромейера, возглавлявшего кафедру химии Геттингенского университета, а по совместительству занимавшего пост генерального инспектора всех ганноверских аптек.

Из Шенебека, где находилась фабрика Германа, в Геттинген были присланы образцы цинковых соединений, и генеральный инспектор приступил к исполнению роли арбитра в споре между окружным врачом и фабрикантом. Чтобы получить окись цинка, в Шенебеке прокаливали углекислый цинк. Штромейер проделал ту же операцию и к своему удивлению обнаружил, что образовавшееся соединение имеет желтый цвет, а окись цинка «по правилам» должна быть белой.

Какова же причина этой незапланированной желтизны? Герман объяснял ее присутствием примеси железа. Ролов же утверждал, что во всем виноват мышьяк. Проведя полный анализ карбоната цинка, Штромейер обнаружил новый металл, очень сходный с цинком, но легко отделяемый от него с помощью сероводорода. Ученый назвал металл кадмием, подчеркнув тем самым его «родственные связи» с цинком: греческое слово «кадмея» с древних времен означало «цинковая руда». Само же слово, по преданию, происходит от имени финикийца Кадма, который будто бы первым нашел цинковый камень и подметил его способность придавать меди при выплавке ее из руды золотистый цвет. Это же имя носил герой древнегреческой мифологии: по одной из легенд, Кадм победил в тяжелом поединке Дракона и на его землях построил крепость Кадмею, вокруг которой затем вырос семивратный город Фивы.

В 1818 году Фридрих Штромейер опубликовал подробное описание нового металла, а уже вскоре состоялось несколько «покушений» на его приоритет в открытии кадмия. Первое из них совершил знакомый нам Ролов, однако его притязания были отвергнуты как несостоятельные. Чуть позже Штромейера, но независимо от него тот же элемент открыл в цинковых рудах Силезии немецкий химик Керстен, предложивший назвать элемент мелинумом (что означает «желтый, как айва») — по цвету его сульфида. На след кадмия напали еще двое ученых Гильберт и Джон. Один из них предложил именовать элемент юнонием (по названию открытого в 1804 году астероида Юноны), а другой — клапротием (в честь скончавшегося в 1817 году выдающегося немецкого химика Мартина Генриха Клапрота — первооткрывателя урана, циркония, титана). Но как ни велики заслуги Клапрота перед наукой, его имени не суждено было закрепиться в списке химических элементов: кадмий остался кадмием.

В чистом виде — это довольно тяжелый (тяжелее железа) мягкий металл. Если пруток кадмия приложить к уху и согнуть, то можно услышать характерный треск, вызываемый деформацией кристаллов металла. Такой же звуковой эффект наблюдается и у олова («оловянный крик»).

Сравнительно невысокая температура плавления (321 °C) обусловила широкое применение кадмия в качестве компонента легкоплавких сплавов. К их числу относится, например, сплав Вуда (12,5 % кадмия), который был разработан еще в 1860 году не очень известным английским инженером Вудом; часто это изобретение ошибочно приписывают его однофамильцу — знаменитому американскому физику, но у того есть более чем надежное «алиби»: в момент создания сплава его просто не было на нашей планете — он родился лишь восемь лет спустя. Легкоплавкие сплавы используют как припои, как материал для получения тонких и сложных отливок, в автоматических противопожарных системах, для спайки стекла с металлом.

Кадмиевые сплавы обладают хорошими антифрикционными свойствами. Так, сплав, состоящий из 99 % кадмия и 1 % никеля, применяют для изготовления подшипников, работающих в автомобильных, авиационных и судовых двигателях. Чтобы устранить вредное влияние органических кислот, содержащихся в смазочных материалах, подшипниковые сплавы на основе кадмия иногда покрывают тончайшим слоем индия. В свою очередь кадмиевое покрытие надежно предохраняет железные и стальные изделия от атмосферной коррозии. Раньше для кадмирования металл погружали в расплавленный кадмий: сейчас этот процесс осуществляют только электролитическим путем. Кадмированию подвергают наиболее ответственные детали самолетов, кораблей, а также различные изделия. предназначенные для «несения службы» в условиях тропического климата. Любопытно, что кадмиевые покрытия особенно добросовестно выполняют свои «обязанности» на лоне природы: в сельской местности их коррозионная стойкость заметно выше, чем в промышленных районах. Весьма положительную репутацию в ряде областей техники снискала кадмированная жесть, однако ввиду токсичности кадмия в пищевую промышленность ей вход строго воспрещен. В некоторых странах это запрещение возведено даже в ранг закона.

До недавних пор у кадмиевых покрытий имелся недуг, время от времени дававший о себе знать. Дело в том, что при электролитическом нанесении кадмия на стальную деталь в металл может проникнуть содержащийся в электролите водород. Этот весьма нежеланный гость вызывает у высокопрочных сталей опасное «заболевание» — водородную хрупкость, приводящую к неожиданному разрушению металла под нагрузкой. Получалось, что, с одной стороны, кадмирование надежно предохраняло деталь от коррозии, а с другой — создавало угрозу преждевременного выхода детали из строя. Вот почему конструкторы часто были вынуждены отказываться от «услуг» кадмия.

Ученым Института физической химии Академии наук СССР удалось устранить эту «болезнь» кадмиевых покрытий. В роли лекарства выступил титан. Оказалось, что, если в слое кадмия на тысячу его атомов приходится всего один атом титана, стальная деталь застрахована от возникновения водородной хрупкости, поскольку титан ухитряется в процессе нанесения покрытия вытянуть из стали весь водород.

С кадмированием связана важная веха в биографии так называемых нитевидных кристаллов. Еще во время второй мировой войны было зафиксировано немало случаев, когда по непонятным причинам выходили из строя различные электронные устройства. Как удалось установить, виновниками неполадок оказывались мельчайшие (диаметром 1–2 микрона) кристаллики олова или кадмия, которые вырастали иногда на поверхности стальных деталей, покрытых слоем одного из этих металлов.

Чтобы успешно бороться с нитевидными кристаллами, или «усами» (так начали называть вредную металлическую «растительность»), нужно было их как следует изучить. Усы стали объектом многочисленных исследований, и вскоре выяснилось (поистине нет худа без добра), что они обладают колоссальной прочностью-близкой к теоретически возможной. Такое уникальное свойство сразу переменило отношение к усам. Вскоре были разработаны эффективные методы выращивания тончайших кристаллов для использования во многих областях техники. С тех пор в лабораториях ряда стран выращены кристаллы-нити сотен элементов и соединений, но самое почетное место среди них навсегда оставлено за оловянными и кадмиевыми усами, которые первыми всерьез заинтересовали собой научный мир.

Миллионами километров медной проволоки опутаны наши города: благодаря этой «паутине» бойко курсируют по городским улицам троллейбусы и трамваи. Но при этом их токоснимающие устройства безжалостно истирают медь проводов.

На помощь приходит кадмий: небольшие добавки этого элемента (около 1 %) значительно повышают прочность и твердость меди, практически не ухудшая ее электрических свойств. Даже на самых оживленных транспортных магистралях такие провода служат бессменно долгие годы.

Современная техника немыслима без электрических аккумуляторов. Космические корабли и подводные лодки, автомобили и радиоприемники, телефонные и телеграфные устройства, шахтные светильники и слуховые аппараты, фотовспышки и приборы аварийного освещения — впрочем перечислить все области применения электрических аккумуляторов так же «просто», как пересчитать звезды на небе. Эти несложные приборы, состоящие из двух электродов, погруженных в раствор электролита, накапливают электрическую энергию, превращая ее в химическую, и по мере надобности вновь преобразуют ее в электрический ток. Широкое распространение получили кадмиево-никелевые аккумуляторы. Роль отрицательного «героя» (точнее, электрода) в них выполняют железные сетки с губчатым кадмием, а положительные пластины покрыты окисью никеля; электролитом служит раствор едкого кали. Такие источники тока отличаются высокими электрическими характеристиками, большой надежностью, длительным сроком эксплуатации, а их подзарядка занимает всего 15 минут.

Несколько лет назад одна из фирм США сконструировала бритву с турболучевым приводом, энергию которой сообщают три компактные кадмиево-никелевые батарейки. По сообщениям американской печати, новинкой заинтересовалось Национальное управление по исследованию космического пространства: предполагалось, что космонавты возьмут эту бритву в экспедицию на Луну.

Еще более интересное и несомненно очень полезное применение нашли кадмиево-никелевым батарейкам врачи. Введенные в грудную клетку людей, страдающих сердечной недостаточностью, эти миниатюрные «электростанции» обеспечивают энергией механический стимулятор работы сердца. Но ведь батарейка не может работать вечно — время от времени ее нужно перезаряжать. Неужели каждый раз больной должен ложиться на операционный стол? Разумеется, нет. Для бесперебойной службы батарейки достаточно раз в неделю надевать всего на полтора часа специальную намагниченную куртку. Уже тысячи человек на собственном опыте убедились в достоинствах новых стимуляторов сердечной деятельности.

Недавно кадмий был «принят на службу» английскими криминалистами: с помощью тончайшего слоя этого металла, напыленного на обследуемую поверхность, удается быстро выявить четкие отпечатки пальцев преступника.

Соединения кадмия — «ведущие исполнители» в так называемом нормальном элементе Вестона-своеобразном эталоне электродвижущей силы (э. д. с.). В нем «трудятся» амальгама кадмия, кристаллы его сульфата и водный раствор этой соли. Значения э. д. с. такого прибора при комнатной температуре колеблются в очень узких пределах.

Середина XX века — время удивительных научных открытий, небывалого технического прогресса. Одно из самых значительных достижений человеческого разума — покорение энергии атома. Для овладения фантастическими силами, таящимися в атомном ядре, нужны были не только гениальные мысли, но и материалы с уникальными свойствами. В числе немногих металлов, на которые обратили внимание конструкторы ядерных реакторов, оказался кадмий.

Какие же функции выполняет этот элемент в атомной энергетике? Подобно тому как автомобиль не обходится без тормозов, реактор не может работать без регулирующих стержней, увеличивающих или уменьшающих поток нейтронов. Чтобы началась реакция, стержни медленно поднимают, предоставляя нейтронам возможность свободно «резвиться» в атомном котле. Но если они при этом «теряют чувство меры», т. е. процесс становится слишком интенсивным, стержни вновь погружают в активную зону: нейтроны оказываются как бы взаперти, и реакция затормаживается.

В каждом реакторе «по штатному расписанию» предусмотрен также массивный аварийный стержень, который приступает к делу в том случае, если регулирующие стержни почему-либо не справляются с возложенными на них обязанностями. Ну, а вдруг и он откажет? Такой случай произошел на одном из американских реакторов (в штате Калифорния). Из-за каких-то конструктивных неполадок аварийный стержень не смог своевременно погрузиться в котел — цепная реакция стала неуправляемой, возникла серьезная авария. Реактор с разбушевавшимися нейтронами представлял огромную опасность для окрестного населения. Пришлось срочно эвакуировать людей из опасной зоны, пока ядерный «костер» не погас. К счастью, обошлось без жертв, но убытки были очень велики, да и реактор на некоторое время вышел из строя. А будь исправен механизм аварийного стержня, нейтроны удалось бы утихомирить в считанные мгновения.

Главное требование, предъявляемое к материалу регулирующих и аварийных стержней, — способность поглощать нейтроны, а кадмий-один из «крупнейших специалистов» в этой области. С одной только оговоркой: если речь идет о тепловых нейтронах, энергия которых очень мала (она измеряется сотыми долями электрон-вольта). В первые годы атомной эры ядерные реакторы работали именно на тепловых нейтронах и кадмий долгое время считался «первой скрипкой» среди стержневых материалов. Позднее, правда, ему пришлось уступить ведущую роль бору и его соединениям. Но для кадмия физики-атомщики находят все новые и новые сферы деятельности: так, например, с помощью кадмиевой пластинки, устанавливаемой на пути нейтронного пучка, исследуют его энергетический спектр, определяют, насколько он однороден, какова в нем доля тепловых нейтронов.

Если атомная энергетика — своего рода эпицентр современной техники, то лакокрасочная промышленность — всего лишь ее периферия. Но и тут кадмий работает так же добросовестно, как и на «ответственных постах» в ядерных реакторах. Еще в прошлом веке сульфид этого элемента использовали в качестве минерального красителя. В «Технической энциклопедии», изданной в начале нашего века, приведена следующая справка: «…светлые желтые тона, начиная от лимонно-желтого, получаются из чистых слабокислых и нейтральных растворов сернокислого кадмия, а при осаждении раствором сернистого натрия получают тона более темно-желтые…Тем или другим способом можно получить кадмиевую желть шести оттенков, начиная от лимонно-желтого до оранжевого… Краска эта в готовом виде имеет очень красивый блестящий желтый цвет. Она довольно постоянна к слабым щелочам и кислотам, а к сероводороду совершенно нечувствительна; поэтому она смешивается в сухом виде с ультрамарином и дает прекрасную зеленую краску, которая в торговле называется кадмиевой зеленью… Будучи смешана с олифою, она идет как масляная краска в малярном деле; очень хорошо укрывиста, но вследствие большой рыночной цены (фунт стоит от 5 до 6,50 руб.) она большей частью идет в живописи как масляная или акварельная краска, а также и для печатания. Благодаря ее большой огнеупорности употребляется для живописи по фарфору».

Амплуа красителя сульфид кадмия сохранил и в последующие годы. С почтением относились к кадмиевой краске вагоностроители, которые многие годы красили ею железнодорожные пассажирские вагоны. Объяснялось это не столько тем, что она «очень хорошо укрывиста», сколько ее высокой стойкостью против «дурного влияния» паровозного дыма. В последнее время сравнительно дорогой чистый сульфид кадмия часто заменяют более дешевыми красителями — кадмопоном и цинко-кадмиевым литопоном; последний имеет приятный цвет — кремовый или слоновой кости.

У пиротехников сульфид кадмия пользуется популярностью благодаря его способности создавать синее пламя, а при соответствующих добавках — голубое и фиолетовое. Но этим не исчерпываются «творческие возможности» кадмиевых соединений: селенид этого элемента применяют как красную краску; ему же обязаны своим рубиновым цветом звезды московского Кремля. Словом, кадмий имеет «дружеские связи» со всеми цветами радуги. Кадмиевые пигменты используют для окраски резины, тканей, пластических масс, синтетических волокон.

Уже знакомые вам соли кадмия — сульфид и селенид — известны также своими полупроводниковыми свойствами. Ученые полагают, что кристаллам сульфида кадмия суждено сыграть важную роль в развитии электроники, ядерной физики, акустики (в частности, для усиления ультразвука).

Вполне возможно, что сульфид кадмия сыграет важную роль и в преобразовании солнечной энергии в электрическую. Над этой интересной проблемой работают ученые различных стран. Ведь из огромного количества энергии, посылаемой Солнцем на Землю, человек использует сегодня лишь 0,001 %. Что и говорить, маловато! Не случайно замечательный французский физик Фредерик Жолио-Кюри, посвятивший свою жизнь извлечению энергии из недр атома, считал, что «решение проблемы использования солнечной энергии для человечества важнее, чем покорение атомного ядра». Уже созданы солнечные элементы, аккумулирующие лучи небесного светила и преобразующие их в электроэнергию. Такие элементы устанавливают, например, на космических аппаратах. На солнечное «обслуживание» переведены маяки Камчатки и Курильских островов. Достаточно двух-трех месяцев безоблачной погоды, чтобы маяки, заряженные энергией Солнца, светили целый год. Наибольшее распространение получили кремниевые элементы, но они очень дороги, и бесплатная энергия Солнца с их помощью заметно возрастает в цене. Физики уже предложили ряд других элементов, которые во много раз дешевле кремниевых. Так, в США изготовлены солнечные элементы в виде тонкой пленки на основе сульфидов кадмия и меди. Правда, коэффициент полезного действия их пока невысок, но специалисты считают, что это дело поправимое.

В последние годы многие технологические эксперименты ставят не в земных лабораториях, а в условиях космического пространства. «Тут (в космосе) можно роскошно производить всевозможные металлургические работы», — говорит один из героев фантастической повести К. Э. Циолковского «Вне Земли». Прошло всего несколько десятков лет, и дерзновенные мечты великого ученого стали реальностью. Невесомость действительно уникальная среда для проведения разнообразных опытов. Однако пропускная способность космических лабораторий пока еще невелика, и поэтому «участников» внеземных экспериментов приходится придирчиво отбирать из наиболее интересных и перспективных материалов. Кадмию в этом отношении повезло: в программу космического материаловедения было включено получение на борту орбитальной научной станции «Салют-6» на установках «Сплав» и «Кристалл» ряда полупроводниковых веществ, в том числе теллурида и сульфида кадмия, а также тройного соединения кадмий-ртуть-теллур (сокращенно КРТ).

Особый интерес ученых вызывало выращивание в невесомости кристалла КРТ, представляющего собой твердый раствор теллуридов кадмия и ртути. Этот полупроводниковый материал незаменим для изготовления тепловизиров — точнейших инфракрасных приборов, применяемых в медицине, геологии, астрономии, электронике, радиотехнике и многих других важных областях науки и техники. Получить это соединение в земных условиях чрезвычайно трудно: его компоненты из-за большой разницы в плотности ведут себя как герои известной басни И. А. Крылова — лебедь, рак и щука, и в результате вместо однородного сплава получается слоеный «пирог». Ради крохотного кристаллика КРТ приходится выращивать большой кристалл и вырезать из него тончайшую пластинку пограничного слоя, а все остальное идет в отходы. Иначе нельзя: ведь чистота и однородность кристалла КРТ оцениваются в стомиллионных долях процента. Немудрено, что на мировом рынке один грамм этих кристаллов стоит «всего» восемь тысяч долларов.

Вот почему ученые возлагали большие надежды на невесомость, где у компонентов этого вещества нет никаких оснований для раздела объема кристалла: в отсутствие силы тяжести все равны — и легкие, и тяжелые. Ну, а чтобы создать на борту «Салюта» полную «гравитационную тишину», в те часы, когда формировался кристалл, Центр управления полетом не допускал резких движений станции: разворотов, переориентации, включения бортовых двигателей. Да и сами космонавты прекращали на время занятия физкультурой: упражнения на бегущей дорожке и велоэргометре могли помешать кристаллу спокойно расти.

Труды не пропали даром: как показал предварительный анализ доставленных на Землю образцов, в космосе получены достаточно однородные крупные кристаллы с правильной структурой. Пока на промышленные нужды они не пошли — их направили в десятки лабораторий для тщательного исследования. Но уже сейчас можно с уверенностью сказать, что не за горами то время, когда во многих приборах будут работать чудо-кристаллы, рожденные в космосе.

В многогранной деятельности кадмия есть и негативные стороны. Несколько лет назад один из сотрудников службы здравоохранения США установил, что существует прямая связь между смертностью от сердечно-сосудистых заболеваний и… содержанием кадмия в атмосфере. Этот вывод был сделан после тщательного обследования жителей 28 американских городов. В четырех из них — Чикаго, Нью-Йорке, Филадельфии и Индианополисе — содержание кадмия в воздухе оказалось значительно выше, чем в остальных городах; более высокой была здесь и доля смертных случаев в результате болезней сердца.

Коли враг известен, с ним нужно бороться. Такую задачу поставили перед собой американские ученые. В одной из бухт реки Миссисипи они высадили водные гиацинты, полагая, что с их помощью удастся очистить воду от таких «неблагонадежных» металлов, как кадмий и ртуть. Выбор пал на эти цветы из-за их способности к бурному росту. Насколько эффективен «цветочный» метод, покажет будущее.

Пока медики и биологи определяют, вреден ли кадмий, и ищут пути снижения его содержания в окружающей среде, представители техники принимают все меры к увеличению его производства. Если за всю вторую половину прошлого столетия было добыто лишь 160 тонн кадмия, то в конце 20-х годов нашего века ежегодное производство его в капиталистических странах составляло уже примерно 700 тонн, а в 50-х годах оно достигло 7000 тонн (ведь именно в это время кадмий обрел статус стратегического материала, предназначенного для изготовления стержней атомных реакторов).

Кадмий — весьма редкий и довольно рассеянный элемент. В земной коре его в десятки раз меньше, чем, например, бериллия, скандия, германия, цезия. Уж на что редок индий, но и его природа припасла больше, чем кадмия. К тому же, чтобы сосчитать собственные минералы этого элемента, вполне хватит пальцев на одной руке. Чаще его можно встретить в цинковых, свинцово-цинковых и медно-цинковых рудах. При их переработке в качестве побочного продукта получают кадмий. Но, как вы уже убедились, этот «побочный продукт» играет в технике отнюдь не второстепенные роли.

ТЕЗКА СТРАНЫ ЧУДЕС (ИНДИЙ)

Наполеон готов раскошелиться. — Фортуна поворачивается лицом. — Сколько стоит карандаш? — Приятные хлопоты. — Скрытое становится явным. — Редкая рассеянность. — Находка в Аризоне. — Зеркала обманывают модниц. — В Туманном Альбионе. — Пожарники могут спать. — Физики в недоумении. — В подводном царстве. — Подшипники нужно беречь. — Кое-что о зубных пломбах. — «Одеяло» из индия. — Зеленое золото. — Нейтроны любят счет. — Примесь без примесей. Чудо-кристалл. — Крепкие объятия. — При чем здесь футбольный мяч? — Желанный гость.

С давних пор в Европе высоко ценилась привозимая из страны чудес Индии ярко-синяя краска «индиго». По чистоте цвета она могла соперничать с синими лучами солнечного спектра. Владельцы текстильных предприятий не скупились на расходы, чтобы приобрести эту королеву красок, применявшуюся для крашения сукна и других тканей. Когда в конце XVIII века Франция оказалась отрезанной английским военным флотом от Индии и других южных стран, многие заморские товары, в том числе и знаменитая краска «индиго», стали весьма дефицитными. Наполеон, желавший сохранить для своей армии традиционные темно-синие мундиры, пообещал колоссальную премию — миллион франков! — тому, кто найдет способ получения чудесной краски из европейского сырья.

Мы не случайно начали рассказ об одном из редких металлов-индии-с упоминания о краске «индиго»: ведь именно ей элемент № 49 обязан своим названием.

В 1863 году в химической лаборатории маленького немецкого городка Фрейберга профессор Фердинанд Рейх и его ассистент Теодор Рихтер занимались спектроскопическим исследованием цинковых минералов Саксонских гор, надеясь обнаружить в них открытый за два года до этого элемент таллий. Ученые подвергали анализу образец за образцом, однако, как ни вглядывались они в возникающие перед ними спектры, сочных зеленых линий, присущих таллию, не было и в помине. Но, видимо, в тот погожий день фортуне очень уж не хотелось поворачиваться спиной к фрейбергским химикам. Почему бы не вознаградить их за долготерпенье и кропотливый труд? И вот в очередном спектре перед взором ученых предстала необыкновенно яркая синяя линия, не принадлежавшая ни одному из известных элементов. Рейху и Рихтеру стало ясно, что им посчастливилось открыть новый элемент. А за сходство его спектральной линии с королевой красок «новорожденного» решено было назвать индием.

Теперь перед учеными встала проблема: выделить металл в чистом виде. Немало потратили они времени и труда, прежде чем сумели получить два образца металлического индия, каждый величиной с карандаш. Кстати, сходство с карандашом было не только внешним: индий оказался удивительно мягким металлом — почти в пять раз мягче свинца и в 20 раз мягче чистого золота. Из десяти минералов, составляющих шкалу твердости по Моосу, девять тверже индия; ему уступает лишь самый податливый из них — тальк. На бумаге индий оставляет заметный след. Однако писать индиевыми «карандашами» было бы таким же безрассудным расточительством, как топить печку ассигнациями: французская Академия наук оценила образцы нового металла в 80 тысяч долларов-по 700 долларов за грамм!

Появляясь на свет, индий, разумеется, не подозревал, что доставит немало хлопот великому русскому химику Д. И. Менделееву. Впрочем, виноват в этом был не столько индий, сколько его первооткрыватели: они приняли новый металл за близкого родственника цинка и поэтому ошибочно решили, что он, как и цинк, двухвалентен. Кроме того, ученые неправильно определили его атомный вес, посчитав его равным 75,6. Но в этом случае для индия не находилось места в периодической таблице, и Менделеев пришел к выводу, что индий трехвалентен, по свойствам он гораздо ближе к алюминию, чем к цинку, а атомный вес его составляет примерно 114. Это был далеко не единственный случай, когда великий химик на основе обнаруженного им закона вносил существенные коррективы в характеристики уже известных элементов. И на этот раз жизнь подтвердила его правоту: атомный вес индия, определенный с помощью самых точных методов, оказался равным 114,82. Элементу было отведено место № 49 в третьем ряду периодической системы.

Природный индий состоит из двух изотопов с массовыми числами 113 и 115, причем доля более тяжелого из них значительно солиднее-95,7 %. До середины XX века оба эти изотопа имели репутацию стабильных. Однако в 1951 году ученые установили, что индий-115 все же подвержен бета-распаду и постепенно превращается в олово-115. Правда, процесс этот протекает крайне медленно: период полураспада ядер индия-115 очень велик- 6 * 1014 лет. Вполне понятно, что при таких «темпах» индию долго удавалось скрывать свою радиоактивность. В последние десятилетия физики получили около 20 радиоактивных изотопов индия; период полураспада наиболее долгоживущего из них (индия-114)-49 дней.

Подобно многим другим металлам, индий долгое время не находил практического применения. И на это были вполне уважительные причины: ведь индий не только довольно редкий элемент (по содержанию в земной коре он среди «обитателей» периодической системы занимает скромное место в седьмом десятке), но и крайне рассеянный: в природе практически нет минералов, в которых главным компонентом (или хотя бы одним из основных) был бы индий. В лучшем случае его можно встретить в виде ничтожных примесей к рудам других металлов, где содержание его не превышает обычно 0,05 %. Можно себе представить, какие трудности надо преодолеть, чтобы извлечь из этих руд спрятавшиеся в них крохи индия.

Однако свойства этого металла не могли оставлять равнодушными представителей технического мира. В 1924 году индием всерьез заинтересовался американский инженер Маррей. В поисках индиевых месторождений он вдоль и поперек исколесил Соединенные Штаты Америки, пока, наконец, в песчаных холмах Аризоны не обнаружил хоть и не ахти какие, но все же более высокие, чем в других местах, концентрации этого рассеянного элемента. Вскоре здесь возник завод по производству индия.

Одной из первых областей применения индия стало изготовление высококачественных зеркал, необходимых для астрономических приборов, прожекторов, рефлекторов и тому подобных устройств. Оказывается, обычное зеркало не одинаково отражает световые лучи различных цветов. Это значит, например, что цветная одежда, если ее рассматривать в зеркало, имеет несколько иную окраску, чем на самом деле.

Правда, глаз модницы, сидящей перед трельяжем, не в состоянии зафиксировать такие перемены в ее туалете, но для многих приборов цветовая фальсификация просто недопустима. И серебряные, и оловянные, и ртутно-висмутовые зерцала грешат этим недостатком. Индий же не только обладает чрезвычайно высокой отражательной способностью, но и проявляет при этом полнейшую объективность, совершенно одинаково относясь ко всем цветам радуги от красного до фиолетового. Вот почему, чтобы свет, излучаемый далекими звездами, доходил до астрономов неискаженным, в телескопах устанавливают индиевые зеркала.

В отличие от серебра, индий не тускнеет на воздухе, сохраняя высокий коэффициент отражения. Между прочим, индий сыграл немаловажную роль при… защите Лондона от массированных налетов немецкой авиации во время второй мировой войны. На первый взгляд, такое утверждение может показаться странным, но именно индиевые зеркала позволяли прожекторам противовоздушной обороны в поисках воздушных пиратов легко пробивать мощными лучами плотный туман, нередко окутывавший британские острова. Поскольку индий имеет низкую температуру плавления — всего 156 °C, во время работы прожектора зеркало постоянно нуждалось в охлаждении, однако английское военное ведомство охотно шло на дополнительные расходы, с удовлетворением подсчитывая число сбитых вражеских самолетов.

Но часто в технике низкая температура плавления может служить не недостатком, а достоинством. Так, сплав индия с висмутом, свинцом, оловом и кадмием плавится уже при 46,8 °C и благодаря этому успешно справляется с ролью автоматического контролера, предохраняющего ответственные узлы и детали различных механизмов от перегрева. Известен сплав индия с галлием и оловом, который даже при комнатной температуре находится в жидком состоянии: он плавится при 10,6 °C. Плавкие предохранители из индиевых сплавов широко используют в системах пожарной сигнализации.

Любопытные эксперименты, связанные с температурой плавления индия, были проведены в Канаде. Исследуя с помощью электронного микроскопа мельчайшие частицы этого металла, канадские физики обнаружили, что, когда размер частиц индия становится меньше некоторой величины, температура плавления его резко понижается. Так, частицы индия размером не более 30 ангстрем плавятся при температуре чуть выше 40 °C. Такой колоссальный скачок — от 156 до 40 °C представляет для ученых несомненный интерес. Но природа этого эффекта даже для видавшей виды современной физики пока остается загадкой: ведь теория процессов плавления разрабатывалась применительно к значительным массам вещества, а в опытах канадских физиков расплавлению подвергались «гомеопатические» дозы индия-всего несколько тысяч атомов.

Ценное свойство индия — его высокая стойкость к действию едких щелочей и морской воды. Эту способность приобретают и медные сплавы, в которые введено даже небольшое количество индия. Обшивка нижней части корабля, выполненная из такого сплава, легко переносит длительное пребывание в соленом подводном царстве.

Подшипникам, применяемым в современной технике, например в авиационных моторах, приходится трудиться в довольно тяжелых условиях: скорость вращения вала достигает нескольких тысяч оборотов в минуту, металл при этом нагревается и его сопротивление разъедающему действию смазочных масел снижается. Чтобы металл подшипников не подвергался эрозии, ученые предложили наносить на них тонкий слой индия. Его атомы не только плотно покрывают рабочую поверхность металла, но и проникают вглубь, образуя с ним прочный сплав. Такой металл смазке уже не по зубам: срок службы подшипников возрастает в пять раз.

Кстати, о зубах. Из индиевых сплавов (например, с серебром, оловом, медью и цинком), которым свойственны высокая прочность, коррозионная стойкость, долговечность, изготовляют зубные пломбы. В этих сплавах индий играет ответственную роль: он сводит к минимуму усадку металла при затвердевании пломбы.

Авиаторы хорошо знакомы с цинкоиндиевым сплавом, служащим антикоррозионным покрытием для стальных пропеллеров. Своеобразным тончайшим «одеялом» из олова и окиси индия «укутывают» ветровые стекла самолетов. Такое стекло не замерзает — на нем не появляются ледяные узоры, которые вряд ли радовали бы взор пилотов. Сплавы индия широко используют для склеивания стекол или стекла с металлом (например, в вакуумной технике).

Некоторые сплавы индия очень красивы — неудивительно, что они приглянулись ювелирам. Как декоративный металл используют, в частности, сплав 75 % золота, 20 % серебра и 5 % индия — так называемое зеленое золото. Известная американская фирма «Студебеккер» вместо хромирования наружных деталей автомобилей не без успеха применила индирование. Индиевое покрытие значительно долговечнее хромистого.

В атомных реакторах индиевая фольга служит контролером, измеряющим интенсивность потока тепловых нейтронов и их энергию: сталкиваясь с ядрами стабильных изотопов индия, нейтроны превращают их в радиоактивные; при этом возникает излучение электронов, по интенсивности и энергии которого судят о нейтронном потоке.

Но бесспорно важнейшая область применения индия в современной технике-промышленность полупроводников. Индий высокой чистоты необходим для изготовления германиевых выпрямителей и усилителей: он выступает при этом в роли примеси, обеспечивающей дырочную проводимость в германии. Кстати, сам индий, используемый для этой цели, практически не содержит примесей: выражаясь языком химиков, его чистота- «шесть девяток», т. е. 99,9999 %! Некоторые соединения индия (сульфид, селенид, антимонид, фосфид) сами являются полупроводниками; их применяют для изготовления термоэлементов и других приборов. Антимонид индия, например, служит основой инфракрасных детекторов, способных «видеть» в темноте даже едва нагретые предметы.

Индий оказался одним из немногих пока химических элементов, «командированных» в космос, чтобы вписать новые страницы в технологию неорганических материалов. В 1975 году, незадолго до начала совместного советско-американского космического полета по программе «Союз» — «Аполлон», командиры экипажей А. Леонов и Т. Стаффорд в беседе с корреспондентом ТАСС высказали свое мнение о значении предстоящих экспериментов на орбите. В частности, они затронули вопрос о технологических опытах по плавке металлов и выращиванию кристаллов различных веществ. «Предстоит выяснить возможность использования невесомости и вакуума для получения новых материалов металлических и полупроводниковых, — сказал А. Леонов. — По мнению советских и американских ученых, в космосе можно сплавлять компоненты, не смешиваемые на Земле, создавать жаропрочные материалы…» «Наши астронавты. — добавил Т. Стаффорд, — на борту орбитальной станции „Скайлэб“ проводили опыты по выращиванию кристаллов антимонида индия. Удалось получить кристалл самый чистый и самый прочный из всех, когда-либо искусственно полученных на Земле». А в 1978–1980 годах на борту советской орбитальной научной станции «Салют-6» были проведены новые технологические эксперименты, в которых «участвовали» индий и его соединения.

Опыты с соединениями индия ведут и на Земле. Так, недавно антимонид индия был подвергнут давлению в 30 тысяч атмосфер. Оказалось, что в результате таких «крепких объятий» изменилась кристаллическая решетка вещества и при этом его электропроводность возросла в миллион раз!

Мировое производство индия пока очень мало — всего несколько десятков тонн в год. Обычно этот ценнейший металл получают как… побочный продукт при переработке руд цинка, свинца, меди, олова. Оригинальный способ получения индия разработали ученые ГДР. Они предложили добывать его из пыли, облака которой «украшали» небо над одним из предприятий по переработке медистых сланцев. Пыль, в которой среди прочих компонентов содержится индий, сначала промывается горячей серной кислотой, затем проходит долгий путь сложных превращений, в результате которых получается чистый индий.

Интерес к индию все время растет. Ученые стремятся как можно больше узнать об этом металле. Несколько лет назад физики США сумели заполнить еще один пробел в характеристике индия, определив конфигурацию его ядра: оказалось, что оно напоминает… футбольный мяч с полоской по «экватору».

…В природе индий встречается редко, но можно с уверенностью утверждать, что в промышленном мире он с каждым годом будет становиться все более и более желанным гостем.

СЛУЧАЙ В ШТАЛЬГАУЗЕНСКОМ МОНАСТЫРЕ (СУРЬМА)

Хрустальная мечта. — Проделки хитрого монаха. — Версия на версии. — Не насурьмить ли брови? — В Древнем Вавилоне. — «Триумфальная колесница Антимония». — Дефицит небесных тел. — Внешность обманчива. — Волк открывает пасть. — На Солнце нет сурьмяных пятен. — Находка в Киргизии. — Дело несложное, но хлопотливое. — Примеси-кочевники. — Эталон чистоты. — Склонность к полноте. — Немного шрапнели. — Баббиты не забыты. — По следам пули. Театральный занавес. — Борьба за огонь. — Бактериям не спится.

Поиски «философского камня», словно эпидемия, охватили средневековую Европу. Идея найти волшебное вещество, с помощью которого без особых хлопот можно было бы превращать в золото чуть ли не любой другой металл, казалась весьма заманчивой. Особое пристрастие к этому занятию питали, как ни странно, духовные особы, хоть им вроде бы и не к лицу было уподобляться алчным мирянам, беззастенчиво стремящимся к обогащению. В те далекие времена вряд ли удалось бы отыскать хоть один монастырь, в кельях и подвалах которого не шла бы напряженная алхимическая работа. Денно и нощно кипели в ретортах огненные жидкости, измельчались и перемешивались в ступках подозрительные порошки, но, увы, чудо-камень так и оставался хрустальной мечтой всех искателей счастья.

Для отца Леонардуса, настоятеля Штальгаузенского монастыря в Баварии, мысли о спасении души на время явно отступили на второй план. Куда важнее было докопаться до точного рецепта «философского камня». Смиренный отец перепробовал уже десятки вариантов, но ни один из них не дал желаемого результата. И тут его осенило: «А не попробовать ли смешать пепел сожженного накануне еретика с пеплом его кота (казненного вместе с хозяином в назидание прочим тварям), да добавить еще двойное количество земли, взятой из-под костра…» Столь научный подход к подбору компонентов несомненно сулил успех. Тщательно перемешав золу с землей и проделав еще кое-какие необходимые манипуляции со смесью, Леонардус нагрел ее и стал терпеливо ожидать, пока она остынет и превратится в легкое прозрачное вещество: ведь именно так, по мнению ряда крупных специалистов, должен был выглядеть «философский камень». Но, видимо, дьявол не дремал: остывшая смесь оказалась тяжелым темным веществом с металлическим блеском. Раздосадованному настоятелю ничего не оставалось делать, как выбросить плоды очередного неудачного эксперимента в угол монастырского двора.

Шли дни. Как-то однажды, разгуливая в паузах между алхимическими опытами и молитвами по двору, отец Леонардус обратил внимание на свиней, с удовольствием полизывающих выброшенный им камень. К тому же он подметил, что свиньи за последнее время заметно подобрели.

«Не иначе как сей камушек свойствами питательными обладает, — смекнул хитрый настоятель. — Если подкормить им монахов, то можно, пожалуй, кое-чем поживиться и без „философского камня“». Задумано-сделано. Быстренько приготовил он новую порцию своего «фирменного блюда», и уже на следующий день худосочные монахи получили на завтрак кашу с чудодейственной приправой. Но дьяволу явно не спалось: на следующее утро все сорок монахов Штальгаузенского монастыря скончались в страшных муках. Только теперь понял Леонардус, какой великий грех взял он на душу. С этого дня он зарекся проводить свои эксперименты, а злополучный камень прозвал «антимониумом», т. е. средством против монахов.

Такова одна из версий происхождения названия элемента, известного у нас как сурьма. За достоверность описанных событий ручаться трудно: возложим ответственность за нее на популярного чешского писателя Ярослава Гашека, поведавшего об этой истории в своем рассказе «Камень жизни».

По другой версии, название это, сохранившееся, кстати, во многих языках, происходит от греческих слов «антос аммонос» — цветок бога Амона (Юпитера): сростки игольчатых кристаллов минерала сурьмяного блеска (антимонита) в самом деле напоминают цветы. Некоторые историки химии считают, что слово «антимоний» — производное от греческого «антимонос». т. е. противник уединения: этим как бы подчеркивался тот факт, что в природе сурьма не встречается в одиночестве, а всегда обитает в компании с другими элементами.

Есть и иные версии, но как бы то ни было, а в 1789 году знаменитый Антуан Лавуазье под таким названием включил сурьму в составленный им список известных к тому времени химических элементов. Русское название «сурьма» происходит от турецкого «сюрме», что переводится как «натирание» или «чернение бровей». В старину на Руси бытовало выражение «насурьмить брови», хотя краской для бровей служили не только соединения сурьмы. Это название закрепилось сначала за фиолетово-черной трехсернистой сурьмой, а затем перешло к элементу № 51. Латинское же название его «стибиум» происходит либо от греческого слова «стиби» — так назывался минерал сурьмяный блеск, либо от слова «стимми». означавшего сурьмяную краску, которую гречанки использовали для косметических целей.

Знакомство человека с сурьмой насчитывает уже не одно тысячелетие: в странах Древнего Востока (например, в Вавилонском царстве) из нее изготовляли вазы, различные сосуды и другие предметы.

Первая известная нам книга, в которой подробно описаны свойства сурьмы и ее соединений. — «Триумфальная колесница антимония», издана в 1604 году. Ее автор вошел в историю химии под именем немецкого монаха-бенедиктинца Василия Валентина. Кто скрывается под этим псевдонимом, установить не удалось, но еще в прошлом веке было доказано, что в списках монахов ордена бенедиктинцев брат Василий Валентин никогда не числился. Есть, правда, сведения, будто бы в XV веке в Эрфуртском монастыре жил монах по имени Василий, весьма сведущий в алхимии: кое-какие принадлежащие ему рукописи были найдены после его смерти в ящике вместе с порошком золота. Но отождествлять его с автором «Триумфальной колесницы антимония», видимо, нельзя. Вероятнее всего, как показал критический анализ ряда книг Василия Валентина, они написаны разными лицами, причем не ранее второй половины XVI века.

Еще средневековые металлурги и химики подметили, что сурьма куется хуже, чем «классические» металлы, и поэтому вместе с цинком, висмутом и мышьяком ее выделили в особую группу — «полуметаллов». Для этого имелись и другие «веские» основания: по алхимическим понятиям, каждый металл был связан с тем или иным небесным телом. «Семь металлов создал свет по числу семи планет» — гласил один из важнейших постулатов алхимии. На каком-то этапе людям и впрямь были известны семь металлов и столько же небесных тел (Солнце, Луна и пять планет, не считая Земли). Не увидеть в этом глубочайшую философскую закономерность могли только полные профаны и невежды. Стройная алхимическая теория гласила, что золото представлено на небесах Солнцем, серебро-это типичная Луна, медь несомненно связана родственными узами с Венерой, железо явно тяготеет к Марсу, ртуть соответствует Меркурию, олово олицетворяет Юпитер, а свинец — Сатурн. Для других элементов в рядах металлов не оставалось ни одной вакансии.

Если для цинка и висмута такая дискриминация, вызванная дефицитом небесных тел, была явно несправедливой, то сурьма с ее своеобразными физическими и химическими свойствами и в самом деле не вправе была сетовать на то, что оказалась в разряде «полуметаллов».

Судите сами. По внешнему виду кристаллическая, или серая, сурьма (это ее основная модификация) — типичный металл серо-белого цвета с легким синеватым оттенком, который тем сильнее, чем больше примесей (известны также три аморфные модификации: желтая, черная и так называемая взрывчатая). Но внешность, как известно, бывает обманчивой, и сурьма это подтверждает. В отличие от большинства металлов, она, во-первых, очень хрупка и легко истирается в порошок, а во-вторых, значительно хуже проводит электричество и тепло. Да и в химических реакциях сурьма проявляет такую двойственность, что не позволяет однозначно ответить на вопрос: металл она или не металл.

Словно в отместку металлам за то, что они неохотно принимают ее в свои ряды, расплавленная сурьма растворяет почти все металлы. Об этом знали еще в старину, и не случайно во многих дошедших до нас алхимических книгах сурьму и ее соединения изображали в виде волка с открытой пастью. В трактате немецкого алхимика Михаила Майера «Бегущая Атланта», изданном в 1618 году, был помещен, например, такой рисунок: на переднем плане волк пожирает лежащего на земле царя, а на заднем плане тот же царь, целый и невредимый, подходит к берегу озера, где стоит лодка, которая должна доставить его во дворец на противоположном берегу. Символически этот рисунок изображал способ очистки золота (царь) от примесей серебра и меди с помощью антимонита (волк) природного сульфида сурьмы: при сплавлении золота с антимонитом серебро и медь превращались в сульфиды, а золото образовывало соединение с сурьмой, которое затем обрабатывали струей воздуха — сурьма улетучивалась в виде трехокиси, и получалось чистое золото. Этот способ существовал до XVIII века.

В земной коре сурьмы немного — всего 5*10-5 %. Тем не менее она входит в состав примерно ста минералов, самый распространенный из которых — сурьмяный блеск (он же антимонит, он же стибнит), содержащий более 70 % сурьмы и служащий основным промышленным сырьем для ее получения. Другие важные минералы этого элемента — кермезит, сервантит (сурьмяная охра), валентинит.

Зафиксированы случаи присутствия сурьмы в составе метеоритов, а вот на Солнце, где спектральным анализом уже обнаружены многие элементы, сурьму пока найти не удалось.

Значительные месторождения сурьмяных минералов расположены в Китае, Чехословакии, Боливии, Мексике, Японии, США, в ряде африканских стран. В дореволюционной России сурьму совсем не добывали, да и месторождения ее были не известны (в начале XX века Россия ежегодно ввозила из-за границы почти по тысяче тонн сурьмы). Правда, еще в 1914 году, как писал в своих воспоминаниях видный советский геолог академик Д. И. Шербаков, признаки сурьмяных руд он обнаружил в Кадамджайском гребне (Киргизия). Но тогда было не до сурьмы. Геологические поиски, продолженные ученым спустя почти два десятилетия, увенчались успехом, и уже в 1934 году из кадамджайских руд начали получать трехсернистую сурьму, а еще через год на опытном заводе была выплавлена первая отечественная металлическая сурьма. Уже к 1936 году полностью отпала необходимость в покупке ее за рубежом.

Получить сурьму из руды или концентрата — дело несложное: с помощью железа ее вытесняют из сульфидов, а углерод помогает ей расстаться с кислородом окисла. Можно воспользоваться и гидрометаллургическими методами: перевести сурьму сначала в раствор, а затем извлечь ее путем электролиза. Но беда в том, что получаемая всеми этими способами сурьма не блещет чистотой: содержание в ней примесей (железа, меди, мышьяка, серы и других) достигает порой 10–15 %.

На такой товар охотников найдется немного, поэтому черновую сурьму приходится подвергать очистке. Ее снова расплавляют, добавляя в печь такие вещества, которые активно взаимодействуют с примесями: серу связывают железом, мышьяк выгоняют содой, а железо и медь покорно удаляются после вмешательства сернистой сурьмы. Этот метод называется огневым рафинированием.

Известен другой метод очистки — электролитический. Ток, проходя через электролит, которым заполнены большие ванны, проявляет особое внимание к атомам сурьмы и препровождает их на один из электродов (катод), где они тесно «прижимаются» друг к другу. К примесям же такого почтения нет, и им приходится оставаться в растворе.

Рафинированная сурьма содержит уже не более 0,5–0,8 % чужих атомов, но и такой металл удовлетворяет не всех потребителей: для полупроводниковой промышленности, например, требуется сурьма 99,999 %-ной чистоты. Чтобы получить ее, применяют кристаллофизический метод очистки — зонную плавку. Длинный цилиндрический слиток сурьмы укладывают в графитовый контейнер (в виде корытца) и помещают в кварцевую трубку, вокруг которой расположен кольцевой электрический нагреватель. В процессе плавки нагреватель перемещается относительно слитка, расплавляя поочередно все новые и новые порции металла. Когда «покинутая» нагревателем порция сурьмы застывает, все содержащиеся в ней примеси перебираются в следующую зону, где металл находится в жидком виде. Это происходит в силу физического закона, по которому при кристаллизации вещества примеси «не имеют права» застывать вместе с ним, а должны оставаться в жидкой фазе. (За примерами ходить далеко не надо: ледяной панцирь, покрывающий зимой северные моря, не содержит солей, хотя в морской воде их довольно много). Постепенно перемещаясь вместе с зоной расплавленного металла, все примеси в конце концов оказываются на краю слитка. Эту часть его отрезают, а всю остальную сурьму — теперь уже сверхчистую — сдают на склад готовой продукции. Впрочем иногда, в особо ответственных случаях, зонную плавку повторяют несколько раз. Для соблюдения химической стерильности процесс ведут в атмосфере инертного газа (аргона), не желающего вступить ни в какие реакции.

Подвергнутый многостадийной очистке металл способен удовлетворить самого взыскательного потребителя. Не случайно на Всемирной выставке в Брюсселе, проходившей в 1958 году, сверхчистая сурьма Кадамджайского комбината была признана лучшей в мире и утверждена в качестве мирового эталона.

Именно такую сурьму используют как легирующую добавку (всего-навсего 0,000001 %!) к одному из важнейших полупроводниковых материалов — германию, что заметно улучшает его качество. Но если в ней на тысячу атомов окажется хотя бы один атом меди, то добавка вместо пользы принесет только вред. Вот почему прежде чем попасть на заводы, изготовляющие полупроводниковые приборы, сурьма и проходит тот длинный путь, о котором было рассказано выше. Кстати, некоторые ее соединения (в частности, с галлием и индием) — сами отличные полупроводники. Многие полупроводниковые материалы, содержащие сурьму, были получены в условиях невесомости на борту советской орбитальной научной станции «Салют-6» и американской станции «Скайлэб».

На изготовление полупроводников расходуется сравнительно немного сурьмы. Основное ее количество идет на производство разнообразных сплавов — их насчитывается около двухсот. Еще в трудах крупнейшего металлурга средневековья Георга Агриколы, жившего в XVI веке, мы находим такие строки: «Если путем сплавления определенная порция сурьмы прибавляется к олову, получается типографский сплав, из которого изготовляется шрифт, применяемый теми, кто печатает книги». И сегодня сплав свинца с сурьмой и оловом (гарт) непременный атрибут любой типографии. Расплавленная сурьма, в отличие от других металлов (кроме висмута и галлия), при затвердевании увеличивает свой объем. Поэтому при отливке шрифта типографский сплав, содержащий сурьму, застывая в литейной матрице, расширяется, благодаря чему плотно ее заполняет и, следовательно, очень точно воспроизводит зеркальное изображение буквы, цифры или какого-либо иного знака, который затем, при печати, должен быть перенесен на бумагу. Помимо этого, сурьма придает типографскому сплаву твердость и износостойкость — весьма важные свойства, если учесть, что каждая литера выполняет свои функции десятки тысяч раз. На склонности остывающей сурьмы к «полноте» основано использование ее сплавов для художественного литья, где необходимо сохранять тончайшие детали оригинала.

Твердые и коррозионностойкие сплавы свинца с сурьмой применяют в химическом машиностроении (для облицовки ванн и другой кислотоупорной аппаратуры), а также для изготовления труб, по которым транспортируются кислоты, щелочи и другие агрессивные жидкости. Из них же делают оболочки, окутывающие различные кабели (электрические, телеграфные, телефонные), решетки свинцовых аккумуляторов, сердечники пуль, дробь, шрапнель.

Широко применяют подшипниковые сплавы (баббиты), в состав которых входят олово, медь и сурьма. Первый сплав такого типа был создан еще в 1839 году американским инженером И. Баббитом. Несмотря на «солидный возраст», эти материалы до сих пор в большом почете у конструкторов. Особая структура наличие твердых частиц в мягкой пластичной основе — обусловливает высокие антифрикционные свойства баббитов: малый коэффициент трения в подшипниках, залитых этими сплавами, хорошую прирабатываемость, большое сопротивление истиранию. Неплохой антифрикционный материал — чугун, легированный сурьмой (0,5 %).

В последние годы сурьма стала оказывать кое-какие «услуги»… криминалистике. Дело в том, что летящая пуля оставляет за собой вихревой поток, в котором имеются микроколичества ряда элементов-свинца, сурьмы, бария, меди. Оседая на землю, пол или другую поверхность, они оставляют на ней невидимый след. Невидимый? Оказывается, современная наука позволяет увидеть этот след, а значит, и узнать направление пули. На обследуемую поверхность накладывают полоски влажной фильтровальной бумаги, затем их помещают в ядерный реактор и подвергают бомбардировке нейтронами. Вследствие «обстрела» некоторые атомы, прихваченные бумагой (в том числе атомы сурьмы), превращаются в радиоактивные изотопы, а степень их активности позволяет судить о содержании этих элементов в пробах и таким образом определить траекторию и длину полета пули, характеристику самой пули, оружия и боеприпасов.

Разнообразна «деятельность» и соединений сурьмы. Их используют, например, для вулканизации каучука в производстве резины. Трехокись сурьмы служит огнестойкой добавкой к тканям — ею пропитывают театральные занавеси, драпировки, брезенты. Изготовленной на ее основе краской «сурьмин» окрашивают подводную часть и надпалубные постройки кораблей. В качестве пигмента соединения этого элемента входят в состав многих красок, применяемых в живописи («неаполитанская желтая»), в производстве керамики и фарфора, белого молочного стекла и эмали для кухонной посуды.

Соединения сурьмы каждый из нас не раз держал в руках: боковая поверхность спичечной коробки покрыта составом, который, наряду с красным фосфором, содержит сульфид сурьмы (они-то и придают «терке» темно-коричневый цвет). Некоторые ее соли явно склонны к пиротехническим эффектам. Впрочем, и чистая сурьма способна устроить необыкновенно красивый фейерверк: если в сосуд, заполненный хлором, осторожно, небольшими порциями, всыпать мелкий порошок сурьмы, то крупицы ее тут же будут вспыхивать яркими звездочками; сосуд же вскоре наполнится белым дымом образовавшегося пентахлорида. А взрывчатая сурьма (об этой модификации говорилось выше) настолько неустойчива, что взрывается при любом соприкосновении или небольшом нагреве, превращаясь при этом в обыкновенную серую сурьму.

Не так давно, в 1974 году, в СССР было зарегистрировано открытие, в основе которого лежат сложные биохимические процессы, совершаемые… бактериями. Многолетнее изучение сурьмяных месторождений показало, что сурьма в них постепенно окисляется, хотя при обычных условиях такой процесс не протекает: для этого нужны высокие температуры-более 300 °C. Какие же причины заставляют сурьму нарушать химические законы? Микроскопическое исследование образцов окисленной руды показало, что они густо «заселены» неизвестными прежде микроорганизмами, которые и были виновниками окислительных «событий» на рудниках. Но, окислив сурьму, бактерии не успокаивались на достигнутом: энергию окисления они тут же «пускали в ход» для осуществления хемосинтеза, т. е. для превращения углекислоты в органические вещества.

Явление хемосинтеза впервые обнаружено и описано еще в 1887 году русским ученым С. Н. Виноградским. Однако до сих пор науке были известны всего четыре элемента, при бактериальном окислении которых выделяется энергия для хемосинтеза: азот, сера, железо и водород. Теперь к ним прибавилась сурьма.

ДВЕ ГОЛУБЫЕ НЕЗНАКОМКИ (ЦЕЗИЙ)

«Разборчивая невеста». — Истины ради. — Пламя меняет цвет. — Многоголосый «хор». — На помощь приходит принц. — Визитные карточки. — Посылка из Шварцвальда. — Чьи голубые «глаза»? — На вечное хранение. — Шерлок Холмс спокоен. — Вы курите? — Жюри присуждает приз. — Как сохранить? — Эксперимент не состоится. — Разные мнения. — Один в поле не воин. — Прибор получает «взятку». — На сотни верст. — «Ночезрительные трубы». — К далеким звездам. — Распухшие атомы. — Проще пареной репы. — Сегодня и завтра.

История — «разборчивая невеста»: добиться ее благосклонности — попасть на самые почетные страницы — удается далеко не каждому. В мире химических элементов (как, пожалуй, и в жизни) такой чести удостаиваются лишь те счастливцы, которые сумели в чем-либо превзойти или опередить конкурентов. Что ж, в этом есть своя логика. Разве не вправе рассчитывать на особое место в истории, например, технеций — первый искусственно созданный элемент, или гелий — единственный обитатель периодической таблицы, сначала обнаруженный на Солнце, а уж потом найденный на Земле?

К числу баловней судьбы с полным основанием можно отнести цезий, который голубыми буквами вписал свое имя в историю спектрального анализа. Впрочем, истина требует точности: вписал не цезий, а сделали это немецкие ученые Роберт Бунзен и Густав Кирхгоф. Что же касается цвета букв, то они неспроста названы голубыми — в этом вы вскоре убедитесь.

В начале 50-х годов прошлого века профессор химии Гейдельбергского университета Р. Бунзен обратил внимание на малозначительное, казалось бы, для науки явление: если в пламя газовой горелки вводили соли металлов, оно окрашивалось в разные цвета. Возможно, это обстоятельство было подмечено кем-нибудь и раньше, но только Бунзен заинтересовался им всерьез. Ученый подносил к горелке крупицы различных веществ и всякий раз язычок пламени, словно хамелеон, менял свою окраску, становясь то желтым, то фиолетовым, то розовым. В этих экспериментах отчетливо выявлялись две закономерности: во-первых, каждый из «подопытных» металлов придавал пламени определенный цвет, а во-вторых, этот цвет не зависел от того, в каком виде металл «приговаривался к сожжению». Так, все соединения бария делали пламя зеленоватым, а кальций, попадая в огонь, заставлял его краснеть как бы в отместку за свои муки.

Напрашивалась мысль: нельзя ли воспользоваться подмеченными закономерностями, чтобы просто и быстро устанавливать, какие элементы присутствуют в исследуемом веществе? Такое открытие означало бы поистине революционный переворот в химическом анализе. К сожалению, заманчивую на первый взгляд идею трудно было претворить в жизнь. Дело в том, что любое вещество содержит, как правило, несколько компонентов, не говоря уже о примесях, которые обычно не желают оставаться незамеченными. И вот, когда вся эта «компания» оказывается в огне, попробуй различить в «хоре» цветов отдельные голоса: ярко-желтый «бас» натрия, например, без труда забьет довольно слабенький розовато-лиловый «тенорок» калия. Один цвет смешивается с другим, оттенки и полутона теряются на фоне более сочных красок — в таких условиях не приходится рассчитывать на успешный анализ.

Так что же: идея, едва успев появиться на свет, должна была бесславно кануть в Лету? В сказках при безвыходных ситуациях обычно появляется добрый принц — события принимают нужный оборот и неизбежно наступает счастливый конец. Нечто подобное произошло и в стенах Гейдельбергского университета: в роли принца выступил друг и коллега Р. Бунзена профессор физики Г. Кирхгоф, который уже был известен своими работами, в частности в области оптики. В тот период Кирхгофа более всего интересовало изучение спектров раскаленных твердых и жидких тел. Он-то и сумел оживить идею Бунзена, предложив рассматривать не само пламя горелки, а его спектр, поскольку в нем все цвета и оттенки видны гораздо отчетливее. Из двух подзорных труб, стеклянных призм и ящика из-под сигар Кирхгоф соорудил спектроскоп — прибор, позволявший как бы разлагать пламя на составные части. Если раньше информация о пламени воспринималась невооруженным глазом ученого, то теперь луч света от горелки проходил через несколько линз и призму, превращаясь в красочную полоску с многочисленными вертикальными линиями.

Когда Бунзен поместил в пламя кристаллик поваренной соли, Кирхгоф, смотревший в прибор, увидел на фоне черной полосы две яркие желтые линии. Были «преданы огню» другие соединения натрия — сода, селитра, сернокислый натрий, но всегда в одном и том же месте спектра возникала неразлучная ярко-желтая пара. Сомнений не было: такова «визитная карточка» натрия. Другой металл «рисовал» линии другого цвета, в другом месте спектра.

Дни складывались в недели, недели — в месяцы. Постепенно огонь, призму и подзорные трубы прошли сотни различных веществ, и ученые уже были убеждены в том, что каждому элементу присущи свои спектральные линии, по которым его всегда можно найти, как преступника по отпечаткам пальцев. От взора ученого, вооруженного спектроскопом, не могли ускользнуть самые крохотные примеси любого элемента. Волшебное око прибора способно было заметить в веществе тот или иной компонент, даже если его количество измерялось миллионными долями миллиграмма.

Бунзен и Кирхгоф тщательно изучили спектры всех известных тогда науке химических элементов и каждому из них дали точную спектральную характеристику. Это ознаменовало рождение нового метода анализа — спектрального. С помощью его можно не только обнаружить элемент, но и определить по интенсивности линий его количество. Однако возможности спектрального анализа этим не исчерпывались.

Однажды, а точнее в 1860 году, в лабораторию Бунзена пришла посылка с минеральной водой из знаменитых шварцвальдских источников. Врачи, приславшие воду, просили выяснить ее состав: им хотелось узнать, чему она обязана своими целебными свойствами. Почему не удовлетворить их любопытство? Бунзен выпарил воду, получил сгущенный раствор и внес каплю его в пламя газовой горелки. Глядя в окуляр спектроскопа, он наметанным глазом заметил линии натрия, калия, кальция, стронция, лития…

Но что это за две голубые незнакомки? Стронций? Нет, он сигнализирует о себе одной линией. Снова и снова ученый рассматривает спектр и сравнивает его с известными эталонами, но среди них нет ничего похожего. В этом же убеждается и Кирхгоф. Значит, открыт новый химический элемент, а называться он будет цезием: ведь в переводе с латинского это — «небесно-голубой».

Итак, цезий стал первым элементом, открытым не химическим путем, как десятки его старших «братьев» и «сестер», а методом спектрального анализа. Пройдут годы, радужные картины спектроскопа познакомят науку с рубидием, таллием, индием, галлием, самарием, но пальма первенства среди «рожденных спектром» всегда будет принадлежать цезию.

Спустя несколько лет цезий сумел пролить свет на довольно темную историю. Речь идет о пропаже, которая долгие годы не давала покоя химикам, хотя вряд ли заинтересовала бы Шерлока Холмса или комиссара Мэгре. Еще в 1846 году немецкий ученый К. Платтнер занялся исследованием полуцита-минерала, найденного на острове Эльба. Выполнить полный химический анализ минерала было делом не хитрым, но вот загвоздка: как ни складывал Платтнер полученные им результаты, сумма всех составляющих оказывалась равной 93 %. Куда же могли подеваться остальные 7 %? Почти два десятка лет никто не мог ответить на этот вопрос. И лишь в 1864 году итальянец Пизани представил неопровержимые доказательства того, что виновником «недовеса» был цезий, ошибочно принятый Платтнером за калий — эти элементы состоят в довольно близком химическом родстве, однако цезий в два с лишним раза тяжелее.

Цезий — один из редчайших элементов, но все же следы его можно найти во многих горных породах, в морской воде, а его «связи» с минеральной водой вам уже известны (правда, чтобы получить несколько граммов цезиевых солей, Бунзену пришлось выпарить «всего-навсего» 40 тонн целебного напитка). Любопытно, что «крохи» цезия обнаружены в сахарной свекле, зернах кофе, чайных листьях. Знаком с ним и каждый курильщик: об этом свидетельствуют две голубые линии в спектре табачного пепла.

Если бы металлы, подобно спортсменам, могли рассчитывать на приз «За активность», то судейская коллегия из самых авторитетных химиков без колебаний присудила бы его цезию. И дело не только в том, что этот элемент занимает самое «металлическое» место в периодической системе (если не считать франция, которого практически нет в природе), но и в том, что он полностью оправдывает свое «особое положение». Действительно, чистый цезий чрезвычайно активный металл. Оказавшись на воздухе, он немедленно воспламеняется и сгорает. Попадая в компанию с серой или фосфором (не говоря уже об «идейных противниках» всех металлов-галогенах), он тут же начинает бурно «возмущаться», и это всегда приводит к взрыву. Общение цезия с водой также чревато конфликтной ситуацией, сопровождающейся взрывом и пожаром — горит выделяющийся в ходе реакции водород. Даже скромный и смирный (в химическом отношении) лед, который весьма индифферентен к окружающей действительности, не выдерживает нападок цезия и вступает с ним в шумную «перепалку», причем разнять их не может и лютый холод (до -116 °C) — известный «укротитель» химических реакций.

Немудрено, что при таком буйном нраве цезия получить его в чистом виде очень сложно. Впервые эту задачу сумел решить электролитическим путем шведский химик К. Сеттерберг в 1882 году. Сейчас для этой цели используют обычно способ, предложенный еще в 1911 году французским химиком А. Акспилем: цезий вытесняется из его хлорида металлическим кальцием в вакууме при температуре около 700 °C (как видно, кальций-не из робкого десятка).

Но вот чистый цезий получен. А как его хранить? Вопрос этот, как вы понимаете, далеко не праздный, а ответ на него — просто парадоксален: чистый цезий нужно… загрязнить, т. е. сплавить с другими металлами. Сплавы цезия не столь «задиристы», как он сам, и хранятся тихо и спокойно, сколько требуется. Выделить же из них цезий помогает отгонка в вакууме.

«Свежеприготовленный» цезий — блестящий светлый металл с бледно-золотистым оттенком; он мягкий, как воск, и легкий, как магний или бериллий. Всем известно, что самый легкоплавкий металл — ртуть; в этом отношении у нее нет соперников. Но из всех прочих металлов наиболее «покладист» цезий: он легко переходит в жидкое состояние, так как температура плавления его всего 28,5 °C. Чтобы он растаял, достаточно теплоты человеческих ладоней (надеемся, что помня об опасном характере этого металла, вы не будете проводить такой эксперимент, поскольку он может иметь печальные последствия).

Само собой разумеется, изготовлять из цезия детали или изделия, которые должны подвергаться механическим нагрузкам, работать в жарких условиях или находиться в контакте с химическими «агрессорами», занятие, мягко выражаясь, неблагодарное. Так, может быть, этот недотрога «голубых кровей» вообще ни на что не пригоден и представляет интерес лишь сугубо с научной точки зрения? Железу, титану, алюминию он и впрямь не конкурент, зато у него есть такие свойства, какими, кроме него, не обладает ни один металл. А чтобы стало понятно, о чем идет речь, снова совершим небольшой экскурс в прошлый век.

В 1887 году известный немецкий физик Генрих Герц открыл явление внешнего фотоэффекта, т. е. «испарения» электронов с поверхности металлов под действием света. Вскоре профессор Московского университета А. Г. Столетов, заинтересовавшийся этим явлением, провел ряд опытов и на их основе сформулировал теоретические законы фотоэффекта. В чем же его суть? Оказывается, невесомый луч несет с собой энергию, вполне достаточную для того, чтобы выбить из атомов некоторых металлов наиболее удаленный от ядра электрон. Если в разрыв электрической цепи направить вереницу вырвавшихся на волю «узников», то их поток способен замкнуть цепь и в ней появится ток.

Говорят, сколько людей — столько мнений. Так и у каждого металла есть свое «мнение» в отношении фотоэффекта. Одни не считают нужным идти на поводу у света: их хоть прожектором «обстреливай», но электронов из них не выбьешь. Другие, напротив, без сожаления расстаются с ними, как только на них попадает едва заметный луч. Самый щедрый на электроны металл — цезий, и эта щедрость отнюдь не случайна. У всех щелочных металлов, а цезий — их типичный представитель, на внешней орбите «разгуливает» всего один электрон. Но один в поле не воин, и свет расправляется с ним без особого труда. У цезия к тому же этот одинокий скиталец находится дальше от ядра, чем у его родственников по «щелочной линии». Поэтому работа выхода электрона (так называется тот «труд», который должен затратить световой луч, чтобы отнять у атома электрон) у цезия минимальна, а это значит, что он — самый подходящий материал для фотоэлементов — приборов, превращающих лучи света в электрический ток. Службу в фотоэлементах цезий несет не в одиночку, а, например, в сплаве с сурьмой, причем толщина светочувствительного слоя настолько мала, что одним граммом сплава можно покрыть поверхность примерно в 10 квадратных метров.

Все, кто пользуется услугами метрополитена, каждый день проходят мимо фотоэлементов. Они вмонтированы в контрольные турникеты, устроенные очень просто: с одной стороны — фотоэлемент, с другой — источник света, направляющий луч на своего «визави». Стоит вам, не опустив предварительно пятака, пересечь луч, фотоэлемент включит механизм рычагов и они с грозным лязгом преградят вам путь. Если же вы дадите турникету пятикопеечную «взятку», он сделает вид, что вас не заметил: механизм автоматически отключается, и рычаги не срабатывают.

Фотоэлемент — прибор несложный, но очень способный: его можно обучить любой работе. Как только в городе стемнеет, фотоэлемент включает фонари. Если рука рабочего окажется в опасной зоне, этот контролер тут же остановит станок. Фотоэлемент умеет сортировать сигареты, подсчитывать число деталей, проплывающих мимо него на конвейере, проверять, достаточно ли хорошо отшлифована поверхность шариков для подшипников, читать запись на звуковой дорожке киноленты. Надежнее любого сторожа эти чуткие приборы охраняют ночью магазины, банки, склады.

Без фотоэлементов немыслима была бы сама идея передачи изображения на сотни и тысячи километров. Если вы вчера с интересом смотрели по телевизору хоккейный матч, концерт или очередную «порцию» захватывающего многосерийного фильма, то не грех поблагодарить за это цезий: без него ваш телевизор имел бы не больше шансов на передачу изображения, чем ящик из-под макарон.

С помощью фотоэлементов удалось «снять копию» обратной стороны Луны. А разве можно было бы передать по проводам чертежи, схемы, портреты, письма, если бы фототелеграфная связь не пользовалась услугами не равнодушных к свету электронов? Конечно, нет.

Фотоэлектрические свойства цезия позволили создать интроскоп — прибор, позволяющий заглянуть внутрь непрозрачных тел и заметить в них возможные дефекты. Чувствительность цезия к инфракрасным лучам лежит в основе конструкции «ночезрительных труб»-так М. В. Ломоносов называл приборы, о которых он мог только мечтать. А сегодня оптический «глаз», способный видеть в темноте, помогает человеку ночью вести автомобиль, прицельно стрелять, обнаруживать различные объекты.

До сих пор речь шла о фотоэлектрическом эффекте, но цезий готов поделиться своими электронами «по просьбе» не только света, но и тепла. Благодаря этому свойству он охотнее многих других химических элементов переходит в состояние ионизированного газа — плазмы. Цезиевая плазма представляет огромный научный и практический интерес. В космическом пространстве, например, где степень разрежения очень высока, поток электронов, выделяемых атомами цезия, способен создавать мощную реактивную тягу и придавать ракетам колоссальную скорость по расчетам некоторых зарубежных ученых, до 44 километров в секунду! Возможно, недалек уже тот час, когда межпланетные корабли на цезиевом «топливе» будут заходить в самые далекие порты и гавани Вселенной.

Но цезиевая плазма не теряет времени даром и уже вовсю трудится на Земле. С ее помощью магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы) преобразуют тепловую энергию в электрическую. Одно из многих достоинств этих генераторов их простота: единственная движущаяся «часть» в них — поток ионизированного газа, как бы исполняющего обязанности вращающегося ротора. Без цезия не обходятся и термоэмиссионные преобразователи (ТЭП), в которых тепловая энергия ядерного реактора без задержки превращается в электрический ток. Первая мощная установка такого типа — «Топаз» действует в нашей стране.

Цезий отнюдь не обделен вниманием науки: ученые различных стран проводят множество исследований, главный объект которых — цезий. Несколько лет назад физики Билефельдского университета (ФРГ) проделали любопытный эксперимент. Длился он всего десятую долю секунды, а на его подготовку понадобилось… два года. В чем же он заключался? На специальной установке атом цезия был подвергнут бомбардировке сфокусированным импульсом мощного лазера. В результате такого обстрела атом цезия пришел в состояние «крайнего возбуждения»: орбиты электронов растянулись и размеры атома увеличились в десятки тысяч раз.

Группа американских физиков из Ок-Риджа (одного из важнейших центров атомной промышленности США) разработала методику, позволяющую пересчитать поштучно атомы некоторых элементов. В основе этой методики также лежит возбуждение атомов с помощью мощных лазерных импульсов. При первой демонстрации нового способа подсчитывались атомы цезия.

Ученые из индийского Института геофизических исследований, изучившие воду 60 горячих источников в Гималаях, пришли к выводу, что высокая концентрация цезия в воде может быть признаком магматической активности недр. Повышенная концентрация радиоактивного изотопа цезия-137 обнаружена в деревьях, сохранившихся в районе знаменитого Тунгусского взрыва, причем химическая аномалия характерна как раз для тех слоев ствола, которые относятся к 1908 году, когда произошло это событие.

Нельзя не упомянуть еще об одном очень важном «амплуа» этого элемента. В 1967 году Международная генеральная конференция по мерам и весам установила: «Секунда — время, равное 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133». Коротко и ясно! Хотите отсчитать секунду, так это проще пареной репы: нужно только подождать, пока электрон цезия перепрыгнет с одной своей орбиты на другую указанное число раз. Конечно, человеку такой подсчет проделать, мягко выражаясь, трудновато, а вот атомные часы на этом принципе уже работают и, надо сказать, неплохо: за три тысячелетия точность их хода может измениться всего на одну секунду. Это возможно благодаря необыкновенной стабильности основных свойств атомов цезия.

О цезии можно рассказывать тысячу и одну ночь: о его каталитических способностях и умении создавать вакуум в радиолампах, о его изотопах, применяемых в медицине, дефектоскопии, измерительной технике, о получении с помощью этого элемента сцинтилляционных монокристаллов, способных светиться холодным голубоватым или зеленоватым светом под действием любого излучения рентгеновского, ультрафиолетового, радиоактивного. Словом, областям применения цезия, как говорится, несть числа. А перспективы его поистине безграничны!

УДАЧА САПОЖНИКА ИЗ БОЛОНЬИ (БАРИЙ)

«Болонский самоцвет». — «Тяжелый», но… легкий. — Опыты в «угленом» тигле. — «Буйный нрав». — Нелегальная деятельность. — «Раскрыть это зло…» В банкнотах и облигациях. — «Легкий завтрак». — Загадочные лучи. — На смену рыбьей чешуе. — Зеленый вклад. — «Прививки» сфинксу. — Не зная равных. — Кто же прав? — Соль в огне. — Есть ли вакансии? — Кристаллы меняют цвет. — На ошибках учатся. — С ювелирной точностью. — В магнитном поле. — Открытие аптекаря. — «Незаурядные способности». — Что мешает карьере? — В небе над Колумбией.

История этого элемента уходит истоками в далекое средневековье, когда в Европе повсюду бушевали алхимические страсти, разжигаемые идеей получения золота из «недефицитных» материалов.

В 1602 году болонский сапожник и по совместительству алхимик Касциароло подобрал в окрестных горах камень, который оказался настолько тяжелым, что не заподозрить в нем присутствие золота мог только полный профан. Но Касциароло был не таков. Перед ним засияли радужные перспективы, и он, притащив находку в свою сапожно-алхимическую мастерскую, тут же принялся за работу.

Для начала решено было прокалить камень с углем и олифой. И хоть выделить золото при этом почему-то не удалось, опыт принес явно обнадеживающие результаты: охлажденный продукт прокаливания светился в темноте красноватым светом.

Будучи человеком общительным, Касциароло не стал скрывать от своих коллег-алхимиков тайну необычного камня. Это сенсационное сообщение привело золотоискательскую братию в состояние поисковой горячки: найденный минерал, получивший ряд названий-«солнечный камень», «болонский камень», «болонский самоцвет», стал главным участником всевозможных реакций и экспериментов. Но время шло, золото и не думало выделяться, и интерес к новому минералу постепенно пропал.

Лишь спустя полтора столетия, в 1774 году, известные шведские химики Карл Шееле и Юхан Ган подвергли «болонский камень» тщательному исследованию и установили, что в нем содержится особая «тяжелая земля», которую сначала назвали «барот», а затем — «барит» (от греческого слова «барос»-тяжелый). Сам же металл, образующий эту «землю», был наречен барием.

В 1808 году англичанин Гэмфри Дэви электролитическим путем выделил из барита металлический барий. И поскольку он оказался сравнительно легким металлом (плотность 3,7 г/см3), английский химик Кларк предложил сменить название «барий», не соответствующее его истинному положению среди других металлов, на «плутоний» — в честь мифического властителя подземного царства бога Плутона. Однако предложение Кларка не встретило поддержки у других ученых, и легкий металл продолжал именоваться «тяжелым» (в русской химической литературе начала XIX века этот элемент иногда фигурировал под названием «тяжелец»). Заметим, что по современной технической классификации барий действительно самый тяжелый представитель группы… легких металлов.

В наши дни металлический барий — мягкий белый металл — получают алюминотермическим восстановлением его окиси. Впервые этот процесс осуществил русский физико-химик Н. Н. Бекетов, положивший тем самым начало алюминотермии. Вот как ученый описывает свои опыты: «Я взял безводную окись бария и, прибавив к ней некоторое количество хлористого бария, как плавня, положил эту смесь вместе с кусками глиния (т. е. алюминия — С. В.) в угленой тигель и накаливал его несколько часов. По охлаждении тигля я нашел в нем металлический сплав уже совсем другого вида и физических свойств, нежели глиний. Этот сплав имеет крупнокристаллическое строение, очень хрупок, свежий излом имеет слабый желтоватый отблеск; анализ показал, что он состоит на 100 ч из 33,3 бария и 66,7 глиния или, иначе, на одну часть бария содержал две части глиния…»

Сейчас этот процесс проводится в вакууме при 1100–1200 °C. Одновременно с восстановлением окиси бария алюминием происходит дистилляция восстановленного бария, который затем конденсируется в чистом виде.

Барий химически очень активен; он легко самовоспламеняется при нагреве или от удара, хорошо взаимодействует с кислородом (блестящая поверхность только что полученного бария на воздухе быстро покрывается пленкой окисла), азотом, водородом, водой, поэтому его, как и некоторые другие металлы со «вспыльчивым характером», приходится хранить под слоем керосина. Отчасти этим объясняется весьма ограниченное применение металлического бария. Основная его «специальность» — поглотитель остаточных газов (геттер) в технике глубокого вакуума. В небольших количествах барий используют в металлургии меди и свинца для раскисления, очистки от серы и газов. Часть бария идет на изготовление подшипниковых и типографских сплавов: их основной компонент свинец становится заметно крепче, приняв даже малые дозы бария. Сплав этого элемента с никелем служит для изготовления электродов запальных свечей двигателей и деталей радиоламп.

Гораздо более широкое поле деятельности у соединений бария. С сернокислым барием, или тяжелым шпатом (тем самым камнем, что попался когда-то под ноги Касциароло), издавна связано производство красок. Правда, поначалу участие сернокислого бария в этом деле носило нелегальный характер: в измельченном виде шпат подмешивали к свинцовым белилам, в результате чего они оказывались значительно дешевле, и хоть качество их явно страдало, владельцы красильных заводов без зазрения совести продавали свою эрзац-продукцию почти по тем же ценам, неплохо нагревая руки на этой операции.

Еще в 1859 году до департамента мануфактур и внутренней торговли дошли сведения о жульнических махинациях ярославских заводчиков, добавлявших к свинцовым белилам тяжелый шпат, что «вводит потребителей в обман на счет истинного качества товара, причем поступила и просьба о воспрещении означенным заводчикам употребления шпата при выделке свинцовых белил». Об этом же сообщалось несколько позднее и министру финансов, «которым как слышно и предписано было Ярославскому начальству сделать дознание, но как это произведено было через главного покровителя заводчикам полицмейстера Красовского, то, конечно, результат вышел тот, что они покаялись в его кабинете и принялись с большею смелостию за подделку своих злокачественных произведений». Далее содержалась просьба «раскрыть это зло и на Нижегородской ярмарке, откуда белилы развозятся до последних пределов империи, и раскрыть это весьма легко, стоит опросить всех белильных заводчиков, на какой конец выписывают они в огромных размерах шпат, какое из него делают употребление и если употребление для белил, то каковы последствия такого смешения».

Но все эти петиции ни к чему не привели. Достаточно сказать, что в 1882 году в Ярославле был основан шпатовый завод, который, например, в 1885 году выпустил 50 тысяч пудов измельченного тяжелого шпата, предназначенного все для тех же целей. В начале 90-х годов прошлого века Д. И. Менделеев писал: «…В подмесь к белилам на многих заводах примешивается барит, так как и привозимые из-за границы белила, для уменьшения цены, содержат эту подмесь».

Со временем сернокислый барий обретает в лакокрасочной промышленности права гражданства: он входит в состав литопона — белой краски с высокой кроющей способностью, пользующейся хорошей репутацией у потребителей. В производстве бумаги дорогих сортов (в частности, для денежных знаков, облигаций, документов) сульфат бария играет роль наполнителя и утяжелителя, делая бумагу белее и плотнее. Взвесь этой соли в воде используют как рабочую жидкость при бурении глубоких нефтяных и газовых скважин. Сернокислый барий задерживает рентгеновские лучи значительно лучше, чем мягкие ткани человеческого организма. Этим свойством медики пользуются для диагностики желудочных заболеваний. Больному дают на завтрак «бариевую кашу»-смесь сульфата бария с манной кашей (или водой) — и затем просвечивают рентгеновскими лучами: непрозрачная для них «бариевая каша» позволяет врачу получить точное представление о состоянии желудочно-кишечного тракта и определить место заболевания. Благодаря способности поглощать рентгеновские лучи и гамма-лучи барит служит надежным защитным материалом в рентгеновских установках и ядерных реакторах.

Поскольку речь зашла о рентгеновских лучах, уместно упомянуть о том, что их открытие связано с платиносинеродистым барием. В 1895 году зеленое свечение этого вещества в темноте навело выдающегося немецкого физика Вильгельма Конрада Рентгена на мысль о каком-то неведомом прежде излучении, под действием которого и светилась соль бария. Желая подчеркнуть загадочную природу новых лучей, ученый назвал их Х-лучами, но уже вскоре в большинстве стран они стали именоваться рентгеновскими — в честь своего первооткрывателя.

Все мы не раз любовались радужными переливами жемчуга или перламутра. Немудрено, что с давних пор велись поиски красителей, которые позволили бы искусственным путем получать материалы с перламутровой окраской. В старину для этого использовали отвар рыбьей чешуи. Да и сейчас еще кое-где таким способом, конечно, во многом усовершенствованным, производят жемчужный краситель. Но в век химии делать ставку на рыбью чешую просто несерьезно — ее с успехом заменяет тиосульфат бария. Кристаллики этого вещества, смешанные с каким-либо бесцветным лаком, превращают его в «жемчужный». Если же их ввести в желатиновый или столярный клей и нанести слой его на изделия из дерева, картона или папье-маше, то можно добиться полной имитации перламутра.

Работники стекольной промышленности хорошо знакомы с другим соединением бария — карбонатом, который они добавляют в стекольную массу, чтобы повысить коэффициент преломления стекла. Иногда для той же цели вместо карбоната бария вводят нитрат. Но основное «увлечение» нитрата — пиротехника: эта соль бария, как и его хлорат, принимает участие во всех салютах и фейерверках, внося в общий красочный букет ярко-зеленую лепту. В свою очередь хлорат бария не ограничивается осветительной ролью и слывет среди работников сельского хозяйства стойким борцом с сорняками.

Вот уже почти пять тысячелетий несет свою вахту страж египетских пирамид Большой сфинкс. Высеченный по велению фараона Хефрена из цельного куска известняковой скалы, он имеет львиное тело и голову, которой приданы черты самого Хефрена. Быть может, фараон и блистал красотой, но за долгие годы гигантская копия его явно потеряла привлекательность: под действием песчаных бурь, дождей и резких смен температуры сфинкс почти лишился носа, левый глаз его стал заметно косить, лицо покрылось глубокими морщинами. Особую тревогу вызывает постоянно худеющая шея статуи. «Сфинкс болен, — писала одна из каирских газет, — и если не будут приняты срочные меры, шея может не выдержать». Несколько лет назад сфинкса пробовали «лечить»: чтобы укрепить части, грозящие рухнуть, ему сделали «инъекции» солей бария. Они помогли, но не надолго. Спустя четыре года каменное изваяние пришлось «закрыть» на капитальный ремонт.

Достаточно большой «послужной список» у окиси бария. В прошлом веке это соединение применяли для получения кислорода: сначала ее прокаливали при 500–600 °C и она, поглощая кислород воздуха, превращалась в перекись; при дальнейшем же нагреве (до 700 °C) перекись вновь переходила в окись, теряя лишний кислород. Так «добывали» кислород почти до конца XIX века, пока не был разработан способ извлечения этого газа из жидкого воздуха.

Следующую интересную страницу в биографию окиси бария вписал в 1903 году молодой немецкий ученый Венельт. Произошло это, как говорится, нежданно-негаданно. Однажды ему поручили проверить на платиновой проволочке закон испускания электронов нагретыми телами, открытый незадолго до этого английским физиком Ричардсоном. Первый же опыт полностью подтвердил закон, но Венельт спустя некоторое время решил повторить эксперимент с другой проволочкой. Каково же было его удивление, когда платина стала испускать поток электронов, во много раз больший, чем накануне: прибор, измерявший электронную эмиссию, едва не вышел из строя. Поскольку свойства металла не могли так резко измениться, оставалось предположить, что виновником электронного «шквала» является случайно попавшее на поверхность проволочки вещество с более высокой способностью к эмиссии электронов, чем платина. Но что же это за вещество?

Ученый стал поочередно наносить на платину различные материалы, подозреваемые в изменении электронного потока, но все они без труда доказывали свою явную непричастность к этому делу. И когда Венельт уже решил, что докопаться до истины ему вряд ли удастся, он вдруг вспомнил, что в смазке насосной установки, принимавшей «участие» в эксперименте, содержалась окись бария, которая могла случайно попасть на платиновую проволочку. Ученый вновь включил приборы. А уже через несколько мгновений его радость не знала границ. Так было открыто вещество, которое по способности испускать электроны при нагреве не имеет себе равных.

Однако к такому выводу научный мир пришел не сразу. После того как Венельт опубликовал результаты своих опытов, многие физики занялись их проверкой. Одно за другим начали появляться в печати сообщения о том, что Венельт сильно преувеличил эмиссионную способность окиси бария. Да и самому Венельту больше не удавалось подтвердить свое открытие. Разочарованный ученый вскоре прекратил опыты.

Лишь спустя почти четверть века окисью бария заинтересовался англичанин Коллер. Он провел ряд более совершенных экспериментов и сумел установить, что если окись бария нагревать в вакууме при очень низких давлениях кислорода, то электронная эмиссия вещества будет весьма высокой; если же давление кислорода во время нагрева повышается, то эмиссия резко падает. Этот вывод, с одной стороны, восстанавливал научное реноме Венельта, но, с другой, вполне совпадал с мнением его оппонентов. А так как при нагреве окись бария не меняла ни своего химического состава, ни кристаллической структуры, возникла новая загадка: почему одно и то же вещество ведет себя столь различно, хотя по всем законам его свойства должны быть одинаковыми?

Примерно в эти же годы немецкий ученый Поль обнаружил отклонения от общепринятых норм в поведении ряда других простых веществ и тем самым подлил масла в огонь. Впрочем, точнее сказать, он бросил в огонь соли. Да-да, кристаллы обычной поваренной соли, или хлористого натрия. Прогревая эти кристаллы в парах натрия, Поль с удивлением наблюдал, как они становились фиолетовыми. Нечто подобное произошло и с кристаллами хлористого калия: при нагреве в калиевых парах вещество посинело. Но ведь и с этими соединениями, как и с окисью бария, в результате проведенных опытов ничего не должно было произойти.

Ничего? Оказывается, кое-что все-таки происходило. Объяснить сущность загадочных явлений сумел в 1935 году тот же Поль. По его гипотезе, для каждого кристаллического вещества характерно постоянное соотношение в кристалле не атомов разного вида, а так называемых узлов решетки. Для поваренной соли, например, одни узлы принадлежат катионам натрия, а другие — анионам хлора. Каждая пара таких узлов обязательно образует как бы «двухкомнатную квартиру», причем «жильцы» могут там и не находиться. Если соотношение разнородных ионов в кристаллах не соответствует стехиометрическому соотношению, характерному для данного вещества (такие кристаллы получили позднее название нестехиометрических), то и свойства его могут меняться.

Поль резонно предположил, что при нагреве соли в парах натрия на поверхность кристалла могут попасть атомы этого элемента. При этом каждый из них отдает электрон, превращаясь в катион, и строит для себя «комнатку» (узел решетки), но тут же к нему, покинув свое прежнее «жилье» в кристалле, пристраивается анион хлора — будущий сосед по новой «двухкомнатной квартире». Освободившееся от аниона хлорa «помещение» (вакансия) становится на первых порах пристанищем для электрона, отпущенного атомом натрия. Но электроны-«свободолюбивый народ» и долго находиться взаперти им не по душе. Чтобы вырваться наружу, электрон должен получить энергию, соответствующую кванту желтого цвета. Поэтому нестехиометрические кристаллы поваренной соли, содержащие избыток натрия, поглощают желтый свет и, повинуясь законам спектра, принимают фиолетовую окраску. Тщательные измерения позволили дать ответ и на вопрос, сколько же избыточных атомов натрия необходимо для такого изменения цвета; оказалось, что всего лишь тысячные доли процента.

Но вернемся к окиси бария. В 1953 году американский ученый Спроул нагрел бесцветные крупицы этого вещества в жидком барии — кристаллы стали красными. По-видимому, решил Спроул, в них произошли те же изменения, что и в поваренной соли, с той лишь разницей, что там вакансия одновалентного хлора задерживала один электрон, а в окиси бария вакансия двухвалентного кислорода была вправе рассчитывать на электронную пару. Именно этим, по мнению ученого, и объяснялась высокая эмиссия электронов, так как вакансии кислорода служили их естественными источниками. Гипотеза подкупала своей простотой. Оставалось лишь провести некоторые измерения, чтобы убедиться в том, что поток электронов находится в прямой зависимости от количества избыточного бария в кристаллах. И вот тут-то снова произошла осечка: опыты, проведенные в лаборатории американской фирмы «Белл телефон», казалось бы, не оставляли от гипотезы Спроула камня на камне. В чем же дело?

Для решения этой проблемы понадобилось 15 лет кропотливого труда. В конце 50-х годов советские химики А. Бундель и П. Ковтун, ознакомившись с экспериментами фирмы «Белл телефон», предположили, что ее сотрудники допустили ошибку в самой методике проведения опытов: на металлическую подложку наносилась тонкая пленка окиси бария и в ней определяли избыток бария. Столь малого количества вещества оказывалось недостаточно для точного химического анализа. К тому же при высоких температурах пленка могла загрязниться примесями подложки, что, разумеется, искажало истинную картину. Но, как известно, на ошибках учатся.

Чтобы не повторить просчетов американских коллег, Бундель и Ковтун в своих опытах использовали чистейшую окись бария, взяв ее в большом количестве, а доступ примесям был «категорически воспрещен» тем, что нагрев проводился в специально подобранном химически стойком материале. Из года в год совершенствовалась методика и техника эксперимента, но задача была настолько трудна, что лишь совсем недавно удалось поставить точки над i: именно крохотные количества избыточного бария, измеренные с ювелирной точностью, действительно, как и полагал Спроул, обусловливают эмиссию электронов. Так окончательно была разгадана природа явления, открытого еще в начале нашего века. Добавим лишь, что изображение, возникающее на экране вашего телевизора, «нарисовано» пучком электронов, вырвавшихся из нестехиометрических кристаллов окиси бария.

В последние годы окись бария (вполне нормальная со стехиометрической точки зрения) понадобилась для изготовления так называемых керамических магнитов. Для этого смесь порошков окиси бария и железа спекают под прессом в сильном магнитном поле. Образующийся феррат бария обладает интересными магнитными свойствами и все чаще применяется в технике.

Но, пожалуй, самым важным соединением бария сегодня с полным правом можно считать его титанат, получивший мировое признание как отличный сегнетоэлектрик. Своим названием этот новый класс химических веществ обязан французскому аптекарю Э. Сеньету, который еще в середине XVII века открыл двойную калиево-натриевую соль винной кислоты — сегнетову соль, завоевавшую вскоре репутацию неплохого слабительного средства. На этом скромном поприще соль трудилась более двух с половиной столетий, пока в 1918 году американский ученый Д. Андерсон не установил, что в интервале температур от (-15) до +22 °C она обладает весьма высокой диэлектрической проницаемостью, оставаясь поляризованной даже в отсутствие внешних электрических полей.

В 1944 году советский физик Б. М. Вул обнаружил незаурядные сегнетоэлектрические способности у титаната бария, который сохранял их в широком температурном диапазоне — почти от абсолютного нуля до +125 °C. Поскольку титанат бария характеризуется большой механической прочностью и влагостойкостью и может быть получен без особых хлопот, неудивительно, что он занял среди сегнетоэлектриков одно из самых почетных мест, являясь прекрасным материалом для электрических конденсаторов. Благодаря сильно выраженному пьезоэффекту (изменению электрических характеристик под действием давления) эта соль бария нашла постоянную работу в пьезоэлементах.

В наш век — век небывалого технического прогресса — все шире становится круг химических элементов, которые претендуют на «ответственные должности» в науке, промышленности, сельском хозяйстве и других областях человеческой деятельности. Однако многие элементы с трудом делают карьеру из-за того, что их очень мало в земной коре. В этом отношении барию повезло: оболочка нашей планеты содержит 0,05 % бария — в несколько раз больше, чем, например, никеля, кобальта, цинка и свинца, вместе взятых. Значит, дело за ним самим, да за учеными, которые призваны находить металлам, сплавам, соединениям новые интересные роли.

Одна из таких ролей — создание искусственных комет. Да, не удивляйтесь: выпущенные с борта космического аппарата на большом удалении от Земли пары бария превращаются в яркое плазменное облако, с помощью которого ученые осуществляют разнообразные исследования, ведут оптические наблюдения, определяют траекторию движения космических летательных аппаратов. Впервые искусственная комета была образована в 1959 году во время полета советской автоматической межпланетной станции «Луна-1». В начале 70-х годов западногерманские и американские физики, проводя совместные исследования электрического и магнитного поля Земли, выбросили над территорией Колумбии (на очень большой высоте) около 15 килограммов мельчайших частиц бария, которые образовали плазменное облако, наблюдавшееся из разных точек Америки. Вытянувшись вдоль магнитных линий земного шара, барий позволил уточнить их расположение.

В 1979 году с борта ракет, запущенных со шведского полигона в Кируне, в космическое пространство были также выброшены струи бария. Под действием солнечных лучей барий легко ионизировался и создал свечение, которое можно регистрировать на большом расстоянии с помощью сверхчувствительных телевизионных установок. Бариевое облако должно было пролить свет на некоторые процессы, связанные с полярным сиянием. Изучение характера движения облака позволит, в частности, судить об электрических полях, встречающихся на пути небесных скитальцев — ионов бария. Интересно, какие роли ждут барий завтра?

«ЖИЛ ЭЛЕМЕНТ РАССЕЯННЫЙ»… (ГАФНИЙ)

Кому повезло? — Частица Святого Носа. — Мыльные пузыри. — Бушуют споры. Во славу древних племен. — Открытие Мозли. — На чашах весов. — В поддержку «земляков». — Не судьба… — Где живут рассеянные? — Кое-что о близнецах. Препоны и рогатки. — Карьера под угрозой. — Гамлетовский вопрос. — Взгляды приходится пересмотреть. — Реактор или атомная бомба? — Хуже яда. — На вес золота. — Чудо-смолы. — Список претендентов. — Сапфир или фианит? — Можете завидовать.

Даже при беглом взгляде на таблицу химических элементов на ней нетрудно заметить явный географический налет: многие ее обитатели получили свои имена в честь различных городов, стран, континентов. Разумеется, «повезло» далеко не всем географическим названиям. Так, из материков лишь у Европы и Америки есть химические «тезки». А вот Азия, например, оказалась менее удачливой, чем ее соседки по глобусу, хотя была весьма «близка к успеху». Вы сами в этом убедитесь, если ознакомитесь с событиями, которые произошли в начале нашего века в Петербурге.

Незадолго до первой мировой войны один из работников Минералогической лаборатории привез в Петербург из Забайкалья с полуострова Святой Нос минерал ортит. В эти годы внимание многих ученых было приковано к проблеме радиоактивности. Поскольку имелись основания предполагать, что в ортите содержится один из наиболее интересных радиоактивных элементов — торий, минерал решили подвергнуть химическому анализу. Возглавлявший лабораторию замечательный геохимик академик В. И. Вернадский поручил эту работу своему ученику К. А. Ненадкевичу. Вскоре тому действительно удалось извлечь из ортита крупицы предполагаемого тория, но ученый не был уверен, что выделил именно торий.

По совету Вернадского Ненадкевич определил атомный вес этого элемента. Оказалось, что он равен 178 с десятыми долями, в то время как атомный вес тория 232. Это означало, что в соответствии с периодическим законом выделенный из ортита элемент должен находиться в таблице Д. И. Менделеева между лютецием и танталом — в клетке № 72, которая в то время еще пустовала. Ненадкевич торжественно объявил Вернадскому: «Мы открыли новый элемент, Владимир Иванович!»

Как ни велико было желание оповестить об этом открытии научный мир, Вернадский все же счел нужным предупредить своего взволнованного ученика: «Подождите радоваться. Это надо сто раз проверить, прежде чем объявлять…» Но тут же спросил: «Откуда ортит?» — «Из Забайкалья». — «Значит, родом из Азии. Так и назовем его азием».

Но, видимо, судьбе было неугодно, чтобы самый большой материк «породнился» с простым химическим элементом. Начавшаяся вскоре первая мировая война, революция, гражданская война отодвигали вопрос об исследовании нового элемента все дальше и дальше, вплоть до того дня, когда… Впрочем, не будем забегать вперед, а расскажем вам о других событиях, имевших самое прямое отношение к описываемому элементу.

Когда Менделеев «расселил» в таблице все известные химические элементы, то клетка № 72 осталась незанятой. Можно было лишь предположить, что атомный вес ее будущего обитателя близок к 180, а сам он, располагаясь под цирконием, должен иметь сходные с ним свойства и в природе находиться в компании с ним.

О том, что в циркониевых рудах присутствует какая-то неизвестная примесь, многие химики подозревали и раньше. В XIX веке было опубликовано немало сообщений о якобы открытом в минералах циркония новом элементе. Названия этого элемента менялись — остраний, норий, яргоний, нигрий, эвксений, но все они жили чуть дольше мыльных пузырей, потому что тщательная научная проверка каждый раз опровергала выводы авторов этих «открытий».

Выяснение личности «семьдесят второго» в значительной мере осложнялось тем, что к этой клетке таблицы примыкало слева «густонаселенное общежитие», где проживало редкоземельное семейство во главе с лантаном. Никто тогда толком не знал, сколько же «редких земель» существует на свете. Вокруг элемента № 72 разбушевались споры. Одни ученые продолжали считать, что он должен быть химическим родственником циркония, другие с ними не соглашались, утверждая, что претендент на эту вакансию должен иметь редкоземельное «происхождение».

В 1895 году датчанин Юлиус Томсен выступил с теоретическим обоснованием первой точки зрения, однако противники и не думали складывать оружие. В начале XX века стало широко известно имя французского химика Жоржа Урбена. Он внес немалый вклад в изучение редкоземельных металлов, зато элемент № 72 вправе предъявить ему серьезные претензии. И вот почему.

В 1907 году Урбен открыл лютеций-тот, что занимает в таблице клетку № 71 и замыкает правый фланг в строю лантаноидов. Сам же Урбен считал, что за лютецием должен располагаться еще один редкоземельный элемент. В 1911 году химик заявил, что в рудах редких земель им открыт этот последний представитель семейства лантана, который якобы вправе занять пустующее «помещение» № 72. В честь древних племен кельтов, некогда населявших территорию Франции, Урбен назвал его кельтием.

Спустя два года молодой английский физик Генри Мозли совершил чрезвычайно важное открытие: он установил, что заряд атомного ядра, или, иными словами, порядковый номер элемента, можно определить опытным путем — на основе исследования его рентгеновских спектров. Когда Мозли подверг рентгеноспектральному анализу образец кельтия, он не обнаружил тех линий, которые должен был бы дать спектру элемент № 72. Мозли сделал вывод: «Нет никакого кельтия! Элемент Урбена — всего лишь смесь известных редких земель».

Однако Урбен не хотел примириться с потерей кельтия и поспешил объяснить малоприятные для него результаты опытов Мозли несовершенством приборов, которыми тот пользовался. А поскольку осенью 1915 года, сражаясь в рядах британского экспедиционного корпуса на Галлипольском полуострове вблизи пролива Дарданеллы, Генри Мозли погиб, возразить Урбену он уже не мог. Более того, когда в 1922 году соотечественник Урбена физик А. Довилье провел по его просьбе тщательное исследование и заметил в спектре смеси лантаноидов две едва различимые линии, характерные для элемента № 72, кельтий вновь обрел «права гражданства».

Но радость Урбена была недолгой, и «помог» ему в этом знаменитый датский физик Нильс Бор. К этому времени электронная теория строения атомов, разработанная Бором, уже вполне позволяла создать модель атома любого элемента. Согласно этой теории, атом элемента № 72 никак не мог походить на атомы редких земель, а, напротив, должен был походить на атомы элементов четвертой группы — титана и циркония.

Итак, на одной чаше весов оказались опыты и рассуждения Урбена, подкрепленные экспериментом Довилье, на другой — мнение Менделеева, рассуждения Томсена и расчеты Бора, пока еще не подтвержденные практическими работами. Так кто же прав?

Вскоре ответ был получен. Дали его венгерский химик Дьердь Хевеши и голландский физик Дирк Костер. Всецело доверяя авторитету Нильса Бора, они предприняли попытку найти элемент № 72 в минералах циркония. В 1923 году им удалось обнаружить новый элемент в норвежской циркониевой руде, а рентгеноспектральный анализ показал, что заряд его атомного ядра равен 72. По химическим же свойствам он, как и полагали Менделеев, Томсен и Бор, оказался близким аналогом циркония. Поскольку научная аргументация открытия была безупречной, в периодической системе появилось новое название — гафний. Хевеши и Костер дали ему это имя в честь древнелатинского названия Копенгагена (Гафния), где состоялось его рождение.

Ошибочность взглядов Урбена и Довилье не вызывала уже сомнений, и кельтию был вынесен приговор: «Из таблицы элементов исключить. Оставить лишь в анналах истории химии». И хотя приговор был окончательный и обжалованию не подлежал, ученые Франции, пытаясь отстоять приоритет своих соотечественников, еще четверть века именовали элемент № 72 «кельтием». Лишь в 1949 году 15-я конференция Международного союза чистой и прикладной химии навсегда «похоронила» это название.

Итак, чаша весов склонилась в пользу теории: периодический закон Менделеева и электронная модель строения атома Бора торжествовали победу. Но в таком случае, что за слабые линии видел в спектре смеси лантаноидов Довилье? Неужели, чтобы доказать явно предвзятую точку зрения Урбена, ученый пошел на сделку с совестью? Ничего подобного. Довилье действительно видел эти линии, и они действительно принадлежали элементу № 72: ведь иногда в природе гафний встречается совместно с редкоземельными металлами. Это и ввело в заблуждение французского физика.

Теперь настало время вернуться к началу нашего рассказа. Вы уже поняли, должно быть, что в петербургской Минералогической лаборатории Вернадский и Ненадкевич напали на след именно гафния, но поскольку открыть его «по всем правилам» они не успели, элемент получил свое название не в честь Азии, как предлагал Вернадский, а в честь датской столицы, как пожелали Хевеши и Костер, имевшие на то полное право.

Что же представляет собой гафний? Видимо, мало кто из читателей держал в руках этот серебристо-белый блестящий металл. В то же время запасы его в природе отнюдь не назовешь скудными: достаточно сказать, что гафния в 25 раз больше, чем серебра, и в тысячу (!) раз больше, чем золота. А уж серебро и золото, наверное, видел каждый. Чем же объяснить такой парадокс?

Во всем виновата чрезвычайная рассеянность гафния: он так распылен по белу свету, что на всей земле нет ни одного месторождения этого элемента. Словно тень, он неотступно следует за цирконием: в любом минерале циркония есть хоть немного гафния. Однако лишь циркон, в котором на каждые сто атомов циркония приходится в среднем всего один атом гафния, может быть использован промышленностью как гафниевое сырье. Но между «может быть использован» и металлическим гафнием лежит длинный и сложный технологический путь. И усложняет его не кто иной, как… цирконий.

Дело в том, что цирконий и гафний — химические близнецы. «Вот так близнецы, — вправе возразить дотошный читатель. — Ведь цирконий был открыт в 1789 году и, значит, старше гафния чуть ли не на полтора столетия. Он ему в пра-пра-прадедушки годится!» И тем не менее редкая пара элементов может продемонстрировать столь поразительное сходство химических свойств, каким обладают цирконий и гафний. До сих пор не найдено реакции, в которую вступал бы один из них и не желал бы вступать другой.

Из-за этого сходства химики долго не замечали гафний, и поэтому тот оказался значительно моложе циркония. Оно же ставит на пути технологов, стремящихся разлучить близнецов, многочисленные «препоны и рогатки». Еще не так давно для разделения циркония и гафния приходилось выполнять 500 операций растворения и кристаллизации, основанных на буквально микроскопической разнице в растворимости солей этих элементов. Нетрудно представить, во что обходилась такая процедура. Поэтому всего каких-нибудь полтора десятка лет назад никто не занимался производством гафния в примышленных масштабах: нужен он был только ученым для исследовательских целей — им хватало нескольких килограммов в год. Что же касается циркония, который всегда содержал примеси гафния, то большой бедой это не считалось: «Гафний, так гафний. Разве он мешает цирконию?»

До поры до времени гафний и в самом деле не мешал своему более маститому собрату. Цирконий обычно использовали как коррозионностойкий материал, и примеси гафния, которому борьба с коррозией тоже была вполне по плечу, не становились ложкой дегтя. Но когда цирконий получил ответственное назначение стал служить «одеждой» урановых стержней в ядерных реакторах, родство с гафнием могло губительно повлиять на его «карьеру». Дело в том, что, несмотря на необыкновенное сходство этих элементов, по одному вопросу их «мнения» принципиально расходятся. «Пропускать или не пропускать нейтроны»? — эту дилемму каждый из них решает по-своему: если цирконий практически прозрачен для нейтронов, то гафний, наоборот, жадно их поглощает. Материал, в который «одевают» уран, не должен быть препятствием для инициаторов ядерной реакции. Чистый цирконий подходит для этой цели как нельзя лучше. Но присутствие всего лишь 2 % гафния ухудшает «пропускную способность» циркония в 20 раз.

Ученые вынуждены были всерьез задуматься над проблемой получения циркония так называемой реакторной чистоты, т. е. практически не содержащего гафния (не более 0,01 %). Полтысячи операций, разумеется, не устраивали промышленность, и наука нашла выход: вскоре был разработан достаточно эффективный и экономичный способ очистки циркония от гафния. Гафний же в виде гидроокиси, получаемой в процессе разделения, поначалу рассматривался как побочный продукт. Однако вскоре эти взгляды пришлось изменить: технике потребовался и сам гафний, причем для чего бы вы думали? Для использования в… ядерных реакторах, где он прежде считался персоной «нон-грата».

Ни один реактор не мог бы работать без регулирующих стержней, которые, будучи нейтрононепроницаемыми, позволяют управлять ходом ядерной реакции. Когда регулирующие стержни выведены из активной зоны реактора, нейтроны обретают простор, они начинают быстро «размножаться», реакция протекает все энергичнее. Но за нейтронами нужен глаз да глаз. Если не сдерживать их «порывы», реактор превратится в… атомную бомбу со всеми вытекающими отсюда последствиями. Чтобы этого не произошло, регулирующие стержни поглощают избыточные нейтроны. Ну, а попробуйте найти лучший поглотитель нейтронов, чем гафний, да еще с такой отличной механической прочностью, с таким умением сопротивляться коррозии и высоким температурам?

Если к началу 50-х годов в США было получено менее 50 килограммов гафния, то уже спустя примерно 10 лет ежегодное производство его достигало 60 тонн, причем на повестке дня уже стоял вопрос о получении ультрачистого гафния — без губительных примесей циркония, мешающего ему работать в ядерной энергетике.

Как и большинство других новых материалов, гафний пока еще очень дорог: по американским данным, гафниевый прокат в несколько раз дороже серебра. Это, с одной стороны, сдерживает его применение, а с другой — предъявляет химикам и металлургам законное требование: создать такие способы получения этого металла, которые позволили бы резко снизить его стоимость.

Весьма перспективно для этой цели применение так называемых ионообменных смол. Если через колонку, содержащую эти смолы, пропустить раствор циркония и гафния, то на выходе в растворе не окажется гафния-он «застрянет» в смолах, а в результате последующей промывки колонки кислотой предстанет очищенным от циркония.

На гафний начинают претендовать различные области техники. Металлурги, например, не без основания считают, что он может благотворно влиять на механические свойства других металлов, принимать участие в создании специальных жаростойких сталей. Тугоплавкость гафния (температура плавления свыше 2200 °C!) в сочетании со способностью быстро поглощать и отдавать тепло делают его подходящим конструкционным материалом для деталей реактивных двигателей (турбинных лопаток, клапанов, сопел и т. д.). Правда, есть одно «но»: гафний несколько тяжеловат-вдвое тяжелее, чем цирконий, и втрое, чем титан, а уж с таким легковесом, как бериллий, и сравнивать не приходится! В химическом машиностроении этот недостаток проявляется в меньшей мере, зато здесь высокие антикоррозионные свойства гафния могут быть оценены по достоинству.

Нельзя не сказать об использовании гафния в электротехнической и радиотехнической промышленности. Его применяют при изготовлении радиоламп, рентгеновских и телевизионных трубок. Добавки двуокиси гафния к вольфраму резко увеличивают срок службы нитей накаливания. Другие соединения гафния нитрид и особенно карбид, который плавится почти при 4000 °C, несомненно займут почетное место в списке особо заслуженных огнеупорных материалов.

Несколько лет назад на страницах газет и журналов появилось новое слово «фианиты». Так ученые Физического института имени П. Н. Лебедева Академии наук СССР (ФИАН) решили назвать полученные ими рукотворные драгоценные камни синтетические монокристаллы двуокисей циркония и гафния. Играющие всеми цветами радуги (незначительные добавки различных элементов позволяют получать кристаллы практически любой окраски), фианиты не уступают по красоте сапфиру, топазу, аквамарину, гранату и другим чудесным природным камням. Но красивая внешность — не главное достоинство фианитов. Они сочетают в себе многие уникальные свойства: высокий коэффициент преломления (почти такой же, как у алмазов), твердость, тугоплавкость, химическую стойкость. Если учесть к тому же, что фианиты сравнительно недороги, то станет понятной та популярность, которую они быстро завоевали в мире науки и техники. Из них изготовляют оптические линзы, призмы, «окна», способные работать при высоких температурах даже в химически агрессивных средах. В «послужном списке» фианитов почетное место занимает их работа в качестве лазерных материалов.

И все же ядерная энергетика, потребляющая сегодня свыше 90 % производимого в мире гафния, видимо, долгие годы еще будет монополистом в расходовании этого металла. Что ж: быть одним из важнейших материалов в одной из важнейших областей современной техники — этому, пожалуй, могут позавидовать многие другие металлы.

СЕКРЕТ СТАРЫХ ОТВАЛОВ (РЕНИЙ)

Где собака зарыта? — Есть вакансии. — Химические «лжедмитрии». — Поиски неуловимых. — Позвольте усомниться! — «Апартамент» занят. — Последний из могикан. — Уникальная река. — На вершине пирамиды. — Копнем-ка недра! — Почем фунт рения? — Раз, два и обчелся. — Необычный октет. — Чудеса старика Хоттабыча — События на границах. — Волшебные нити. — Контакты нужно наладить. — С помощью ЭВМ. — Защитная «рубашка». — Увлечение катализом. — Шлагбаум на пути. — Знатные гости.

В конце 20-х годов нашего века крупная зарубежная фирма обратилась к директору одного из заводов цветных металлов в Сибири с выгодным, казалось бы, предложением: продать ей за довольно солидную сумму отвалы пустой породы, скопившиеся около заводской территории.

«Неспроста, должно быть, иностранцы заинтересовались отходами производства», — подумали работники завода. О том, что фирма действовала, как говорится, не корысти ради, а лишь обуреваемая желанием улучшить финансовое положение советского предприятия, разумеется, не могло быть и речи. Значит, нужно было найти, где собака зарыта. И заводские химики принялись тщательно исследовать старые отвалы. А уже вскоре все стало ясно: оказалось, что «пустая» порода содержала редчайший металл рений, открытый за несколько лет до описываемых событий. Поскольку мировое производство рения измерялось в то время буквально граммами, цена на него была поистине фантастической. И немудрено, что представители зарубежной фирма готовы были раскошелиться, лишь бы заполучить драгоценные отвалы. Но к их великому огорчению сделка по вполне понятным причинам не состоялась.

Что же представляет собой рений и чем был вызван повышенный интерес к нему?

Приоритет открытия этого металла принадлежит немецким ученым супругам Иде и Вальтеру Ноддак, однако у них было немало предшественников, стремившихся ускорить торжества по поводу нового элемента. Дело в том, что еще в 1871 году Д. И. Менделеев предсказал, что в природе «обязаны» существовать два химических аналога марганца, которые в периодической системе должны располагаться под ним, занимая пустовавшие в то время клетки № 43 и 75. Менделеев условно назвал эти элементы эка-марганцем и дви-марганцем.

Претендентов на появившиеся вакансии оказалось более чем достаточно. История химии хранит множество сообщений об открытиях новых элементов, которые после тщательной проверки приходилось «закрывать». Так было и с аналогами марганца. В роли первооткрывателей этих загадочных незнакомцев не прочь были выступить многие химики разных стран, но «открытым» ими элементам (ильмению, дэвию, люцию, ниппонию) суждено было лишь попасть в историю науки, но не заполнить вакансии периодической таблицы. Правда, один из них — дэвий, открытый в 1877 году русским ученым С. Керном и названный в честь знаменитого английского химика Г. Дэви, давал реакцию, которую в наше время используют в аналитической химии для определения рения. Может быть, Керну и в самом деле довелось держать в руках крупицы темно-серебристого металла, того, что спустя полвека официально появился на свет под названием рений? Но как бы то ни было в клетках № 43 и 75 продолжали торчать унылые вопросительные знаки.

Период неизвестности длился до тех пор, пока в поиски неуловимых элементов не включились немецкие химики Вальтер Ноддак и Ида Такке, которые вскоре, видимо, решили, что работа пойдет успешнее, если они скрепят свой научный союз еще и брачными узами.

Первым объектом их исследований, начатых в 1922 году, стала платиновая руда, однако экспериментировать с ней было довольно накладно, и ученым пришлось переключиться на материалы «попроще». К тому же теоретические работы, которые параллельно с экспериментами вели супруги, убеждали их в том, что, вероятнее всего, искомые элементы № 43 и 75 прячутся в природе в минералах типа колумбитов. Кроме того, теория позволила ученым рассчитать и приблизительное содержание в земной коре этих не поддающихся открытию элементов: оказалось, что на каждый их атом приходятся миллиарды атомов других представителей химического мира. Стоило ли при этом удивляться, что так долго пустовали «квартиры» № 43 и 75, а их будущие обитатели тем временем водили за нос не одно поколение химиков?

Эксперименты супругов Ноддак поражали своим размахом: в течение года они, пользуясь разработанным незадолго до этого рентгеноспектральным методом, «прощупали» 1600 земных минералов и 60 пришельцев из космоса — метеоритов. Титанический труд увенчался успехом: в 1925 году ученые объявили о том, что нашли в колумбите два новых элемента — мазурий (№ 43) и рений (№ 75).

Но объявить об открытии — еще не все. Нужно суметь доказать свою правоту тем, кто поставит под сомнение рождение новых элементов. Одним из таких ученых, усомнившихся в том, что пришла, наконец, пора на место знаков вопроса поставить в таблицу Д. И. Менделеева символы Ма и Re, был известный немецкий химик Вильгельм Прандтль. Крупный теоретик и блестящий экспериментатор, он вступил в ожесточенную дискуссию с супругами Ноддак. Те, в свою очередь, готовы были любой ценой защищать свой престиж. В конце концов «схватка», за ходом которой с интересом следил научный мир, закончилась вничью: убедительных доказательств в отношении мазурия супруги Ноддак представить не смогли, зато рений к этому моменту существовал уже не только на рентгеноспектрограммах: в 1926 году было выделено 2 миллиграмма нового металла, а спустя год -120 миллиграммов!

Да и работы других ученых — англичанина Ф. Лоринга, чехов И. Друце, Я. Гейровского и В. Долейжека (они независимо от супругов Ноддак, но лишь на несколько месяцев позже обнаружили элемент № 75 в марганцевых рудах) свидетельствовали о том, что нашелся истинный владелец соответствующего «апартамента» периодической таблицы.

Рений оказался практически «последним из могикан» — элементов, обнаруженных в природных материалах. В дальнейшем удалось заполнить еще несколько остававшихся пустыми клеток периодической системы элементов Д. И. Менделеева, но их обитатели были уже получены искусственным путем — с помощью ядерных реакций. Первым среди них суждено было стать бывшему мазурию- элементу № 43, который открывшие его в 1937 году итальянские ученые Э. Сегре и К. Перье назвали технецием (что по-гречески означает «искусственный»).

Но вернемся к рению. Своим именем металл обязан реке Рейн. Рейнская область — родина Иды Ноддак; здесь же и сам рений впервые увидел свет. (Заметим, что ни одной другой реке нашей планеты химики и физики не оказали столь высокой чести.) Промышленное производство нового металла развернулось в начале 30-х годов в Германии, где были найдены молибденовые руды с большим содержанием рения — 100 граммов на тонну. Всего одна щепотка на гору руды, но для рения и такую концентрацию можно считать необычайно высокой: ведь его среднее содержание в земной коре в десятки тысяч раз ниже. Немного найдется элементов, которые встречаются в природе еще реже, чем рений.

Распространенность химических элементов часто для наглядности изображают в виде пирамиды. Ее широкое основание составляют кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, которыми богата Земля, а рений располагается в «поднебесье» на самом острие вершины.

Как полагал академик А. Е. Ферсман, для рения характерно «тяготение» к тем зонам земного шара, которые прилегают к его ядру. Возможно, со временем геологи сумеют проникнуть в самые недра нашей планеты и газеты всего мира опубликуют сенсационное сообщение об открытии там богатейшего рениевого месторождения…

В 1930 году мировое производство рения составляло всего… 3 грамма (зато каждый из этих граммов стоил ни мало, ни много-40 тысяч марок!). Но уже спустя 10 лет только в одной Германии было получено примерно 200 килограммов этого металла.

С тех пор интерес к рению растет как на дрожжах. Он оказался одним из самых тяжелых металлов — чуть ли не в три раза тяжелее железа. Только осмий, иридий и платина по плотности немного превосходят рений. Характерная его черта — необычайная тугоплавкость: по температуре плавления (3180 °C) он уступает лишь вольфраму. А температура его кипения настолько высока, что до сих пор ее не удалось определить с большой степенью точности. Можно лишь сказать, что она близка к 6000 °C (только вольфрам кипит примерно при такой же температуре). Еще одно важное свойство этого металла — высокое электросопротивление.

Не менее любопытны и химические свойства рения. Ни один другой элемент периодической системы не может похвастать тем, что, подобно рению, имеет восемь различных окислов. Кроме этого «октета» окислов, где валентность рения меняется от 8 до 1, он — единственный среди всех металлов — способен образовать ионы (так называемые «ренид-ионы»), в которых металл отрицательно одновалентен.

Рений весьма устойчив на воздухе: при комнатной температуре его поверхность остается блестящей десятки лет. В этом с ним могут конкурировать, пожалуй, лишь золото, платина и другие представители «благородного семейства».

Если оценить все металлы с точки зрения их коррозионной стойкости, то в этой «табели о рангах» рению по праву должно быть предоставлено одно из самых почетных мест. Ведь самые «злые» кислоты-плавиковая, соляная, серная — не в силах с ним справиться, хотя перед азотной кислотой он пасует.

Как видите, свойства рения достаточно разнообразны. Многогранна и его деятельность в современной технике. Пожалуй, наиболее важную роль рений играет в создании различных кислотоупорных и жаропрочных сплавов. Техника XX века предъявляет к конструкционным материалам все более и более жесткие требования. Возможно, старику Хоттабычу для получения сплава с любыми заданными свойствами понадобилось бы лишь вырвать два-три волоска из своей бороды. Ученым же, не обладающим даром волшебства, приходится тратить на это долгие годы, да и «расход» волос при этом порой бывает значительно выше.

Можно с полным основанием сказать, что с тех пор, как создатели сплавов взяли на вооружение рений, им удалось добиться немалых успехов. Во всяком случае жаропрочные сплавы этого металла с вольфрамом и танталом уже успели завоевать признание конструкторов. Еще бы: мало какому материалу по плечу сохранять при «адских» температурах- до 3000 °C! — ценные механические свойства, а для рениевых сплавов — это не проблема.

Особый интерес металловедов вызывает «рениевый эффект»-благотворное влияние рения на свойства вольфрама и молибдена. Дело в том, что эти тугоплавкие металлы, которые не только не боятся высоких температур, но и стойко переносят при этом значительные нагрузки, в обычных условиях (не говоря даже о легком морозе) ведут себя весьма капризно: они хрупки и от удара могут разлететься на кусочки, как стекло. Но оказалось, что в сочетании с рением вольфрам и молибден образуют прочные сплавы, сохраняющие пластичность даже при низких температурах.

Природа «рениевого эффекта» еще недостаточно изучена. Как полагают ученые, суть его в следующем. В процессе производства в вольфрам и молибден иногда проникает «инфекция»-углерод. Поскольку в твердом состоянии эти металлы совершенно не растворяют углерод, ему ничего не остается, как расположиться в виде тончайших карбидных пленок по границам кристаллов. Именно эти пленки и делают металл хрупким. У рения же с углеродом иные «взаимоотношения»: если его добавить к вольфраму или молибдену, то ему удается удалить углерод с пограничных участков и перевести в твердый раствор, где тот практически безвреден. Теперь уже для хрупкости у металла нет оснований и он становится вполне пластичным. Вот почему из сплавов вольфрама и молибдена с рением можно изготовить фольгу или проволоку в несколько раз тоньше человеческого волоса.

Для сверхточных навигационных приборов, которыми пользуются космонавты, летчики, моряки, необходимы так называемые торсионы-тончайшие (диаметром всего несколько десятков микрон!), но удивительно прочные металлические нити. Лучшим материалом для них считается молибденорениевый сплав (50 % рения). Оценить его прочность можно по такому факту: проволочка из него сечением в 1 квадратный миллиметр способна выдержать нагрузку в несколько сот килограммов!

Сегодня трудно найти на земле уголок, куда бы не проникло еще электричество. В промышленности и сельском хозяйстве, на транспорте и в быту постоянно трудится несчетное число электроприборов. Множество приборов — это множество выключателей, множество контактов. При работе выключателя в нем иногда проскакивает крохотная искорка, которую не следует считать безобидной: медленно, но верно она разрушает электрический контакт, а это приводит к непредусмотренной потере электроэнергии.

Какой бы мизерной ни была это потеря, но помноженная на миллиарды контактов, она становится огромной. Особенно важно обеспечить стойкость контактов в тех случаях, когда они работают в условиях повышенной температуры или влажности, где вероятность их разрушения возрастает. Вот почему ученые постоянно ищут все более стойкие — прочные и тугоплавкие — материалы для изготовления контактов. Долгое время для этой цели не без успеха применяли вольфрам. Когда же стали известны характеристики рения, выяснилось, что рениевые контакты лучше вольфрамовых. Так, например, вольфрамовые контакты выдерживали совместное «наступление» тропической коррозии и вибрации лишь несколько суток, а затем полностью выходили из строя; рениевые же контакты успешно работают в таких условиях месяцы и даже годы.

Но где же напастись столько рения, чтобы удовлетворить им электротехническую промышленность? Опыты показали, что вовсе не обязательно делать контакт из чистого рения. Достаточно добавить к вольфраму немного этого металла, и эффект будет почти тот же. Зато расходы рения сократятся во много раз: одного килограмма его хватает на десятки тысяч контактов.

Один из вольфраморениевых сплавов, выпускаемый нашей промышленностью, уже нашел применение более чем в 50 электровакуумных приборах. Использование этого материала в катодном узле электроннолучевой трубки повысило его долговечность до 16 тысяч часов. Это значит, что если экран телевизора светится в наших домах в среднем по четыре часа в день, то его катодный узел сможет безупречно работать не менее 12 лет.

Замечательные свойства продемонстрировали и другие сплавы рения — с ниобием, никелем, хромом, палладием. Даже небольшие добавки рения повышают, например, температуру плавления хромоникелевого сплава примерно на 200–250 градусов.

Широким диапазоном свойств рениевых сплавов объясняется и многообразие сфер их применения: от высокочувствительных термопар, не боящихся жарких объятий расплавленной стали, до кончиков вечных перьев, опор компасных стрелок и других деталей, которые должны долгое время сохранять большую твердость, прочность, износостойкость.

Число сплавов рения с другими металлами постоянно растет, причем сегодня в подборе «партнеров» для него значительную помощь металловедам оказывает электронная вычислительная техника. С помощью ЭВМ уже предсказаны свойства многих двойных сплавов рения.

Для борьбы с коррозией — вечным врагом металла — ученые разработали немало способов. Хромирование, никелирование, цинкование взяты на вооружение много лет назад, а вот ренирование — процесс сравнительно новый. Тончайшие рениевые покрытия по стойкости не знают себе равных. Они надежно защищают детали от действия кислот, щелочей, морской воды, сернистых соединений и многих других опасных для металла веществ. Цистерны и баки, изготовленные из ренированных стальных листов, применяют, например, для перевозки соляной кислоты.

Ренирование позволяет в несколько раз продлить срок службы вольфрамовых нитей в электролампах, электронных трубках, электровакуумных приборах. После откачки воздуха в баллоне электролампы неизбежно остаются следы кислорода и водяных паров; они же всегда присутствуют и в газонаполненных лампах. На вольфрам эти непрошеные гости действуют разрушающе, но если покрыть нити рениевой «рубашкой», то водород и пары воды уже не в силах причинить вольфраму вред. При этом расход рения совсем невелик: из одного грамма можно получить сотни метров ренированной вольфрамовой нити.

Новая, но очень важная область применения рения — катализ. Металлический рений, а также многие его сплавы и соединения (окислы, сульфиды, перренаты) оказались отличными катализаторами различных процессов — окисления аммиака и метана, превращения этилена в этан, получения альдегидов и кетонов из спиртов, крекинга нефти. Самый многообещающий катализатор — порошкообразный рений, способный поглощать большие количества водорода и других газов. По мнению специалистов, в ближайшие годы на катализационные «нужды» будет расходоваться половина рения, добываемого во всем мире.

Как вы убедились, «безработица» рению не грозит. Однако шлагбаумами на пути широкого использования его в технике оказались редкость и рассеянность этого элемента в природе. В земной коре золота, например, содержится в пять раз больше, чем рения, серебра-в сто раз, вольфрама-в тысячу, марганца — почти в миллион, а железа — в 50 миллионов раз больше. О чрезвычайной рассеянности рения говорит тот факт, что этот элемент не имеет собственных месторождений. Практически единственный минерал, который можно назвать рениевым джезказганит (он найден вблизи казахского города Джезказган). Обычно же рений встречается в качестве примеси, например, в молибдените (до 1,88 %), колумбите, колчедане и других минералах. Рения в них очень мало — всего от миллиграммов до нескольких граммов на тонну. Стоит ли удивляться, что супругам Ноддак. чтобы получить первый грамм сравнительно чистого металлического рения, пришлось переработать более 600 килограммов норвежского молибденита. По подсчетам специалистов, рениевые запасы всех месторождений капиталистических стран оцениваются всего в тысячу тонн.

Еще один крупный «недостаток» рения — его высокая стоимость: он значительно дороже золота. Тем не менее спрос на этот металл все время растет, особенно в последние годы, когда им заинтересовались творцы ракетной техники.

До недавнего времени рений в нашей стране получали только из медного и молибденового сырья. В конце 70-х годов ученые Института металлургии и обогащения АН Казахской ССР создали технологию извлечения этого ценнейшего металла из полупродуктов свинцового производства. В основе новой технологии лежат ионообменные процессы, позволяющие получать очень чистый металл, обладающий высокими физико-химическими свойствами.

…В 1960 году в Институт металлургии имени А. А. Байкова Академии наук СССР приехали иностранные гости. Казалось бы, для работников института, имеющего мировое значение, в этом факте не было ничего примечательного — здесь привыкли к визитам зарубежных коллег любого ранга. Однако гости, о которых идет речь, — убеленная сединами супружеская пара — вызывали особое уважение: это были приехавшие в Москву супруги Ноддак. Долго ходили они по комнатам лаборатории редких и тугоплавких металлов и сплавов. Их интерес был понятен: ученые лаборатории под руководством члена-корреспондента Академии наук СССР Е. М. Савицкого уже несколько лет занимались исследованием рения и сумели получить весьма важные результаты.

Замечательному металлу предстояло в стенах института раскрыть новые грани своего дарования, обрести новые профессии, и, конечно же, супругов Ноддак не могла не волновать дальнейшая судьба их детища.

«ОБИДА» БЛАГОРОДНОГО МЕТАЛЛА (ОСМИЙ)

Трифилий или Варахасий? — Горькая обида. — Поиск ведут знатоки. — Хлор редьки не слаще. — Благородное происхождение. — Три богатыря. — Все становится на свое место. — Сомнительная слава. — Что почем? — Твердость в почете. Секрет вечности. — Неразлучный дуэт. — Ответственный пост. — Игра стоит свеч. — Большой спрос. — Семь «братьев». — «Товары неширокого потребления». Осторожно: яд! — В стакане воды. — Сколько можно заблуждаться? — Проблемы трудоустройства. — Осмий в «ловушке».

Помните у Гоголя: «Родился Акакий Акакиевич против ночи, если только не изменяет память, на 23 марта… Родильнице предоставили на выбор любое из трех имен, какое она хочет выбрать: Моккия, Сессия или назвать ребенка во имя мученика Хоздазата. „Нет, — подумала покойница, — имена-то все такие“. Чтобы угодить ей, развернули календарь в другом месте; вышли опять три имени: Трифилий, Дула и Варахасий. „Вот это наказание, — проговорила старуха, — какие все имена, я право никогда и не слыхивала таких. Пусть бы еще Варадат или Варух, а то Трифилий и Варахасий“. Еще переворотили страницу — вышли: Павсикакий и Вахтисий. „Ну, уж я вижу, — сказала старуха, — что, видно, его такая судьба. Уж если так, пусть лучше будет он называться, как и отец его. Отец был Акакий, так пусть и сын будет Акакий“. Таким образом и произошел Акакий Акакиевич».

Не знаем, долго ли английский химик Смитсон Теннант придумывал имя одному из двух открытых им в 1804 году химических элементов — осмию, но повезло этому «новорожденному» не больше, чем герою гоголевской «Шинели». Дело в том, что «осмий» в переводе с греческого означает… «запах».

Согласитесь: для благородного металла (а осмий как представитель платиновой группы металлов с полным правом носит этот титул) такое название, мягко выражаясь, не может служить украшением. А если учесть, что ближайшие родственники гордо именуются палладием (тезка богини Афины Паллады), иридием (по-гречески «радуга»), родием («Роза»), рутением (от латинского названия России), то обида становится еще горше.

Почему же Теннант был так немилостив к своему «крестнику»? Прежде чем ответить на этот вопрос, поведаем о событиях, которые предшествовали открытию осмия.

В 1804 году известный английский ученый Уильям Волластон, изрядно поинтриговав перед этим научный мир (подробнее об этом рассказано в очерке о палладии «Шутка английского химика»), сообщил на заседании Королевского общества, что, анализируя сырую (природную) платину, он обнаружил в ней неизвестные ранее металлы, названные им палладием и родием. Оба были найдены в той части платины, которая растворялась в царской водке, но при этом взаимодействии оставался еще и нерастворимый остаток. Он, как магнит, притягивал к себе многих химиков, справедливо полагавших, что и в нем может прятаться какой-нибудь неведомый дотоле элемент.

Близки к успеху были французы Колле-Дескотиль, Фуркруа и Воклен. Они не раз замечали, что при растворении сырой платины в царской водке выделялся черный дым, а при сплавлении нерастворимого остатка с едким кали образовывались соединения, которые «не возражали» против растворения. Фуркруа и Воклен предположили, что искомый элемент частично улетучивается в виде дыма, а та часть его, которой не удается таким способом «эвакуироваться», оказывает агрессору посильное сопротивление, не желая в нем даже растворяться. Ученые поторопились дать новому элементу имя — «птен», что по-гречески означает «крылатый, летучий».

Но это название порхнуло, как бабочка, и кануло в Лету, так как вскоре Теннант сумел разделить «птен»: на самом деле он представлял собой естественный сплав двух разных металлов. Один из них ученый назвал иридием за разнообразие окраски солей, а другой — осмием, поскольку его четырехокись, выделявшаяся при растворении в кислоте или воде продукта сплавления осмиридия (так в дальнейшем стали называть бывший «птен») со щелочью, имела неприятный, раздражающий запах, похожий одновременно на запахи хлора и подгнившей редьки. Позже выяснилось, что и сам металл способен издавать подобный «аромат», правда, послабее: тонкоизмельченный осмий постепенно окисляется на воздухе, превращаясь в четырехокись. Видимо, не по душе пришелся этот запах Теннанту, и он в сердцах решил увековечить в названии открытого им элемента свое наиболее сильное впечатление от первого свидания с ним.

По одежке встречают, по уму провожают. И если запах да цвет оловянно-белый с серовато-голубым отливом — можно считать «одеждой» осмия, то его характеристики как химического элемента и как металла по этой пословице следует отнести к «уму».

Так чем же может похвастать наш герой? Прежде всего, как уже было сказано, своим благородным происхождением. Взгляните на периодическую систему элементов: в правой части ее особняком держится семейство платиноидов, состоящее из двух триад. В верхнюю триаду входят легкие платиновые металлы рутений, родий, палладий (все в мире относительно: любой представитель этой троицы в полтора с лишним раза тяжелее железа). Во второй триаде собрались настоящие богатыри-тяжеловесы — осмий, иридий и платина. Интересно, что долгое время ученые придерживались такого порядка возрастания атомных весов этих элементов: платина — иридий — осмий. Но когда Д. И. Менделеев создавал свою периодическую систему, ему приходилось тщательно проверять, уточнять, а порой и исправлять атомные веса многих элементов. Одному проделать всю эту работу было нелегко, поэтому Менделеев привлекал к работе других химиков. Так, когда ему отрекомендовали Ю. В. Лермонтову, которая была не только родственницей великого поэта, но и высококвалифицированным химиком, ученый попросил ее уточнить атомные веса платины, иридия и осмия, поскольку они вызывали у него большое сомнение. По его мнению, наименьший атомный вес должен был быть у осмия, а наибольший — у платины. Серия точных экспериментов, проведенных Лермонтовой, подтвердила правоту создателя периодического закона. Тем самым было определено нынешнее расположение элементов в этой триаде — все стало на свое место.

Осмий имеет рекордную плотность среди всех обитателей периодической системы — 22,5 г/см3. Чтобы уравновесить гирьку из этого металла, понадобилось бы более 40 таких же по объему гирек из его антипода-лития. Если обычную бутылку заполнить порошком осмия, то она будет тяжелее ведра с водой.

Но каким бы уникальным ни казалось это качество осмия, пока оно практически не используется в технике. В отличие от тугоплавкости, твердости, прочности и других действительно ценных свойств металлов, большая плотность не приносит лавров ее обладателю. Аналогию можно найти и в жизни: люди всегда ценили силу, быстроту, ловкость, а гигантский вес или рост человека лишь вызывают удивление и сомнительный интерес.

Впрочем, у осмия есть и такие деловые качества, которые не могут не внушить уважения к нему. Не случайно, он самый дорогой из всех благородных металлов, хоть и наименее «благородный» из них (вы уже знаете, что мелкораздробленный осмий не в силах противостоять кислороду воздуха даже при комнатной температуре, в то время как его «родственники» славятся прежде всего своей необыкновенной химической стойкостью). Тем не менее, если в 1966 году платина ценилась на мировом рынке в 4,3 раза дороже золота, а иридий в 5,3 раза, то аналогичный коэффициент для осмия был равен 7,5. Во многом виновата в этом природа, которая не только не накопила запасы осмия, но и ухитрилась так запрятать имеющиеся у нее крохи этого элемента (5 * 10-6 % массы земной коры), что добыча их влетает в копеечку. Если мировое производство большинства металлов исчисляется тысячами и даже миллионами тонн, то для осмия счет идет на килограммы.

Одно из главных достоинств осмия — его очень высокая твердость; в этом с ним могут конкурировать немногие металлы. Вот почему при создании сплавов с наивысшей износостойкостью в их состав вводят осмий. Авторучки с золотым пером — не редкость. Но ведь золото — довольно мягкий металл, а перу за долгие годы работы приходится по воле хозяина пройти по бумаге долгие километры пути. Конечно, бумага — не напильник и не наждак, однако выдержать такое испытание могут лишь немногие металлы. И все же кончики перьев справляются с этой трудной ролью. Как? Секрет прост: их обычно изготовляют из сплавов осмия с другими платиноидами, чаще всего из уже известного вам осмиридия. Без преувеличения можно сказать, что перу, «бронированному» осмием, сносу нет.

Исключительная твердость, хорошая коррозионная стойкость, высокое сопротивление износу, отсутствие магнитных свойств делают осмиридий прекрасным материалом для острия компасной стрелки, осей и опор точнейших измерительных приборов и часовых механизмов. Из него изготовляют режущие кромки хирургических инструментов, резцов для художественной обработки слоновой кости.

То, что осмий и иридий часто «выступают дуэтом» — в виде природного сплава, объясняется не только ценными свойствами осмиридия. но и волею судьбы, пожелавшей, чтобы в земной коре эти элементы были связаны необыкновенно прочными узами. В виде самородков ни тот, ни другой металл в природе не обнаружены, зато осмистый иридий и иридистый осмий — хорошо известные минералы (называются они соответственно невьянскит и сысертскит): в первом преобладает иридий, во втором — осмий.

Иногда эти минералы встречаются самостоятельно, но чаще входят в состав самородной платины. Разделение ее на компоненты (так называемый аффинаж) процесс, включающий множество стадий, на одной из которых осмиридий выпадает в осадок. И вот едва ли не самое сложное и дорогостоящее во всей этой «истории» — разлучить осмий и иридий. Но зачастую в этом и нет необходимости: как вы уже знаете, сплав широко применяют в технике, а стоит он значительно дешевле, чем, например, чистый осмий. Ведь для того, чтобы выделить этот металл из сплава, нужно провести столько химических операций, что одно их перечисление заняло бы много места. Конечный продукт длинной технологической цепи — металлический осмий чистотой 99,9 %.

Наряду с твердостью, известно еще одно достоинство осмия — тугоплавкость. По температуре плавления (около 3000 °C) он превзошел не только своих благородных собратьев — платиноидов, но и подавляющее большинство остальных металлов. Благодаря своей тугоплавкости осмий попал в биографию электрической лампочки: еще в те времена, когда электричество доказывало свое преимущество перед другим источником света — газом, немецкий ученый К. Ауэр фон Вельсбах предложил заменить в лампе накаливания угольный волосок осмиевым. Лампы стали потреблять в три раза меньше энергии и давали приятный, ровный свет. Но на этом ответственном посту осмий долго не продержался: сначала его сменил менее дефицитный тантал, однако вскоре и тот вынужден был уступить место самому тугоплавкому из тугоплавких — вольфраму, который по сей день несет свою огненную вахту.

Нечто подобное произошло с осмием и в другой сфере его применения-в производстве аммиака. Современный способ синтеза этого соединения, предложенный еще в 1908 году известным немецким химиком Фрицем Габером. немыслим без участия катализаторов. Первые катализаторы, которые использовались для этой цели, проявляли свои способности лишь при высоких температурах (выше 700 °C), да к тому же они были не очень эффективны. Попытки найти им замену долго ни к чему не приводили. Новое слово в совершенствовании этого процесса сказали ученые лаборатории Высшей технической школы в Карлсруэ: они предложили применять в качестве катализатора тонкораспыленный осмий. (Кстати, будучи весьма твердым, осмий в то же время очень хрупок, поэтому губку этого металла можно без больших усилий раздробить и превратить в порошок.) Промышленные опыты показали, что игра стоит свеч: температуру процесса удалось снизить более чем на 100 градусов, да и выход готовой продукции заметно возрос.

Несмотря на то что в дальнейшем осмию пришлось и здесь сойти со сцены (сейчас, например, для синтеза аммиака используют недорогие, но эффективные железные катализаторы), можно считать, что именно он сдвинул важную проблему с мертвой точки. Каталитическую деятельность осмий продолжает и в наши дни: применение его в реакциях гидрогенизации органических веществ дает отличные результаты. Этим в первую очередь обусловлен большой спрос на осмий со стороны химиков: на химические нужды расходуется почти половина его мировой добычи.

Элемент № 76 представляет немалый интерес и как объект научных исследований. Природный осмий состоит из семи стабильных изотопов с массовыми числами 184, 186–190 и 192. Любопытно, что чем меньше массовое число изотопа этого элемента, тем менее он распространен: если на долю самого тяжелого изотопа (осмия-192) приходится 41 %, то легчайший из семи «братьев» (осмий-184) располагает лишь 0,018 % общих «запасов». Поскольку изотопы отличаются друг от друга только массой атомов, а по своим физико-химическим «наклонностям» они весьма схожи между собой, то разделить их очень сложно. Именно поэтому даже «крохи» изотопов некоторых элементов стоят баснословно дорого: так, килограмм осмия-187 оценивается на мировом рынке в 14 миллионов долларов. Правда, в последнее время ученые научились «разлучать» изотопы с помощью лазерных лучей, и есть надежда, что вскоре цены на эти «товары неширокого потребления» будут заметно снижены.

Подобно другим платиновым металлам, осмий проявляет несколько валентностей. Наиболее часто встречаются соединения, где осмий четырех- и шестивалентен, однако при взаимодействии с кислородом он обычно «пускает в ход» все восемь своих валентных связей.

Из соединений осмия наибольшее практическое значение имеет его четырехокись (да-да, та самая, которой элемент так «обязан» своим названием). В роли катализатора она выступает при синтезе некоторых лекарственных препаратов. В медицине и биологии ее используют как окрашивающее средство при микроскопическом исследовании животных и растительных тканей. Следует помнить, что безобидные на вид бледно-желтые кристаллы четырехокиси осмия — сильный яд, раздражающий кожу и слизистые оболочки, вредно действующий на глаза.

Примечательна особенность четырехокиси осмия: ее растворимость в органических жидкостях значительно выше, чем в воде. Так, при обычных условиях в стакане воды растворяется всего 14 граммов этого вещества, а в стакане четыреххлористого углерода более 700 граммов.

В атмосфере серных паров порошок осмия вспыхивает, как спичка, образуя сульфид. Всеядный фтор при комнатной температуре не причиняет осмию никакого «вреда», но при нагреве до 250–300 °C образуется ряд фторидов. С тех пор как в 1913 году впервые были получены два летучих фторида осмия, считалось, что их формулы OsF6 и OsF8. Но в 1958 году выяснилось, что фторид OsF8, почти полвека «проживший» в химической литературе, на самом деле никогда не существовал, а указанные соединения соответствуют формулам OsF5 и OsF6. Сравнительно недавно ученым удалось получить еще один фторид OsF7, который при нагреве выше 100 °C распадается на OsF6 и элементарный фтор.

Окись осмия используют в качестве черного красителя для живописи по фарфору: соли этого элемента применяют в минералогии как сильные травители. Большинство же осмиевых соединений, в том числе разнообразные комплексы (осмий проявляет присущую всем платиновым металлам способность к образованию комплексных соединений), а также его сплавы (кроме уже известного осмиридия и некоторых сплавов с другими платиноидами, вольфрамом и кобальтом), пока «томится» в ожидании подходящей работы. Можно не сомневаться, что в ближайшее время вопрос их «трудоустройства» будет решен и они заговорят о себе в полный голос. Да и сам осмий еще не сказал последнего слова.

А пока инженеры и ученые ищут экономически выгодные пути расширения производства этого ценного металла, изыскивают новые источники его получения. Важные работы в этом направлении были проведены на Норильском горно-металлургическом комбинате имени А. П. Завенягина. Металлурги знали, что в медно-никелевых рудах, поступающих на комбинат, имеются металлы платиновой группы, включая осмий. Но поскольку количество его в руде было мизерным, на него не обращали внимания, стараясь получить лишь как можно больше меди и никеля.

«Почему бы не попытаться попутно извлекать этот благородный металл», задумались несколько лет назад ученые опытно-исследовательского центра комбината. Задача, которую они поставили перед собой, была очень сложной: требовалось узнать, как ведет себя осмий на различных стадиях переработки сырья, определить места его наибольших скоплений, выяснить, на каком этапе производственного процесса он теряется, попадая потом в отходы. Для этого нужно было проделать множество сложнейших анализов на каждом участке технологической цепочки.

Но вот эта часть задачи решена. Теперь предстояло создать технологию улавливания осмия из металлургических газов, спроектировать, изготовить и смонтировать промышленную установку, которая должна была стать ловушкой для осмия. И с этими проблемами работники комбината справились успешно: в ассортименте продукции заполярного предприятия появился осмиевый концентрат.

Полученный в Норильске концентрат поступает затем «на материк», где рождается чистый осмий-один из наиболее дефицитных в наши дни металлов.

ВСЕ ЦВЕТА РАДУГИ (ИРИДИЙ)

После взятия Бастилии. — Непростительные грехи. — Испытание временем. Послужной список. — Сердце бьется чаще. — Знатное происхождение. — Не по карману. — В иридиевой «рубашке». — Радуга солей. — Остатки с Монетного двора. — Опасная «дегустация». — Санкция министра. — В честь России. — Безрадостные вести. — «Я много терпел от нее». — Искренние поздравления. — В порядке очереди. — Что происходит под мостом? — Во чреве доменной печи. — Тринадцатая, но счастливая. — Возбуждаться или не возбуждаться? — Иридий попадает в историю.

14 июля 1789 года восставший народ Франции штурмом взял Бастилию началась Великая французская революция. Наряду со многими декретами и постановлениями, носившими политический, социальный, экономический характер, революционное правительство приняло решение ввести четкую метрическую систему мер. По предложению комиссии, в которую вошли авторитетные ученые, в качестве единицы длины — метра — была принята одна десятимиллионная часть четверти длины парижского географического меридиана. В течение пяти лет Ж. Деламбр и П. Мешен — крупнейшие специалисты в области астрономии и геодезии — проводили скрупулезные измерения дуги меридиана от Дюнкерка до Барселоны.

В 1797 году расчеты были завершены, а спустя два года изготовили первый эталон метра — платиновую линейку, получившую название «метр архива», или «архивный метр» (по месту хранения). За единицу массы — килограмм — приняли массу одного кубического дециметра воды (при 4 °C), взятой из Сены. Эталоном килограмма стала платиновая цилиндрическая гиря.

С годами, однако, выяснилось, что естественные прототипы этих эталонов парижский меридиан и вода из Сены — не очень удобны для воспроизведения, да и к тому же не отличаются примерным постоянством. Такие «грехи» ученые-метрологи сочли непростительными. В 1872 году Международная метрическая комиссия решила отказаться от услуг природного прототипа длины: эту почетную роль доверили «архивному метру», по образу и подобию которого изготовили 31 эталон в виде брусков, но уже не из чистой платины, а из сплава ее с иридием (10 %). Через 17 лет аналогичная участь постигла и воду из Сены: прототипом килограмма была утверждена гиря, выполненная из того же платиноиридиевого сплава, а международными эталонами стали 40 ее точных копий.

Иридий не случайно оказался союзником платины в эталонном сплаве. Требования к этому материалу очень высоки: он должен обладать необычайно большой прочностью и твердостью, быть тугоплавким и износостойким, не знать страха перед коррозией и совершенно не реагировать на изменения температуры. Сама платина не может сдать на «отлично» все эти экзамены, а вот ее сплав с иридием блестяще выдерживает трудное испытание уже в течение столетия. Правда, за это время «архивный метр» вынужден был уйти в отставку (в 1960 году эталоном метра стала длина, равная 1650763,73 длины волны оранжевого излучения атома изотопа криптона-86), но самый главный в мире килограмм по-прежнему остается в строю.

Служба мер и весов — отнюдь не единственное занятие платиноиридиевых сплавов. Из них делают жаростойкие тигли, которые безболезненно переносят сильный нагрев в агрессивных средах; в таких тиглях, в частности, выращивают кристаллы для лазерной техники. С почтением относятся к этим сплавам и ювелиры: они охотно изготовляют из них красивые изделия, всегда пользующиеся большим спросом. Детали химической аппаратуры и точнейших приборов, электроконтакты, хирургические инструменты, пружины, лабораторная посуда — вот далеко не полный послужной список сплавов платины с иридием.

Несколько лет назад этим сплавам предложили новую ответственную роль: из них были изготовлены зажимы электродов электрических стимуляторов сердечной деятельности. Электроды вживляются в сердце человека, страдающего стенокардией; в теле больного находится и крохотный приемник, присоединенный к электродам и генератору с кольцевой антенной, закрепляемой на теле рядом с приемником (генератор же может располагаться, например, в кармане костюма). Как только начинается приступ стенокардии, больной включает генератор. Поступающие при этом в кольцевую антенну импульсы передаются в приемник, из него — на электроды, а затем через платиноиридиевые зажимы — на нервы, которые заставляют сердце работать активнее.

Многие ценные свойства присущи и сплавам иридия с другими металлами. Широко известен природный сплав осмия и иридия — осмиридий (подробно о нем рассказано в очерке об осмии «Обида благородного металла»). Незначительные добавки иридия к вольфраму и молибдену позволяют им сохранять прочность при высоких температурах. Титан и хром без посторонней помощи снискали себе репутацию стойких борцов с кислотами, но иридий сумел повысить и без того высокие их антикислотные «личные рекорды».

Быть может, у читателя сложилось впечатление, что иридий успешно выступает лишь как «соучастник» крупных дел. Совсем нет: ему по плечу и отличные «сольные номера». У этого серебристо-белого металла не только приятная внешность, но и прекрасные физические данные. Он обладает значительной твердостью и прочностью, стойко сопротивляется высоким температурам, износу и другим опасным воздействиям. Его характерная черта-очень большая плотность (22,4 г/см3). В этом отношении он уступает лишь своему ближайшему соседу-осмию. Вместе с другими членами семейства платины иридий относится к благородным металлам. Столь знатное происхождение обеспечивает ему независимое положение в обществе любых кислот, которые не в силах подействовать на него ни при обычной, ни при повышенной температурах. Даже встреча с такой коварной и едкой особой, как царская водка, проходит для иридия бесследно, не оставляя никаких печальных воспоминаний. К сожалению, этого не скажешь о расплавленных щелочах и перекиси натрия — им иридий противостоять не в силах.

Несомненное достоинство иридия — его способность практически вечно сохранять свои ценные свойства, как бы ни менялись окружающие условия. Если бы не высокая стоимость (он дороже самой платины!), перед ним были бы распахнуты двери во многие сферы научной и инженерной деятельности человека. Пока же такая роскошь ученым и конструкторам часто не по карману, и поэтому иридий работает сегодня лишь там, где он практически незаменим. Так, из этого металла изготовляют лабораторные тигли для проведения опытов с грозным фтором и его агрессивными соединениями. Из иридия делают также мундштуки для выдувания тугоплавкого стекла. Для измерения высоких температур (2000–2300 °C) сконструирована термопара, электроды которой выполнены из иридия и его сплава с рутением или родием. Пока такой термопарой пользуются лишь в научных целях, а на пути внедрения ее в промышленность стоит все тот же барьер — высокая стоимость.

Весьма перспективны прочные и износостойкие иридиевые покрытия. Сегодня их применяют реже, чем, скажем, платиновые, палладиевые, родиевые. Это объясняется, пожалуй, прежде всего технологическими трудностями, возникающими при нанесении иридия на другие металлы. Иридиевое покрытие можно получить электролитическим путем из расплавленных цианидов калия и натрия при 600 °C. Несколько проще другой способ-плакирование. В этом случае на тот или иной металл накладывают тонкий слой иридия, а затем образовавшийся «бутерброд» попадает под горячий пресс, в результате чего покрытие прочно прилипает к основному металлу. Сходным способом изготовляют и иридированную проволоку: на заготовку из вольфрама или молибдена надевают «рубашку» — иридиевую трубку и горячей ковкой с последующим волочением получают биметаллическую проволоку нужной толщины. Такая проволока служит для производства управляющих сеток в электронных лампах.

Разработан и химический способ нанесения иридиевых покрытий на металлы и керамику. При этом на поверхность изделия наносят раствор комплексной соли иридия, например с фенолом или другим органическим соединением, и в контролируемой атмосфере нагревают изделие до 350–400 °C: органическое вещество улетучивается, а слой иридия остается.

В чистом виде либо в союзе с другими металлами иридий находит применение в химической промышленности: иридиево-никелевые катализаторы помогают получать пропилен из ацетилена и метана; платиновые катализаторы, в состав которых входит иридий, ускоряют реакцию образования окислов азота в процессе получения азотной кислоты.

Очень красивы и разнообразны по цвету соли иридия. Практической пользы эта красота пока не приносит, но зато именно ей элемент обязан своим названием. В 1804 году английский химик Смитсон Теннант, исследуя черный порошок, остающийся после растворения самородной платины в царской водке, открыл в нем два новых элемента. Соли одного из них были окрашены буквально во все цвета радуги. Теннанту не пришлось долго ломать голову в поисках подходящего для него имени: элемент был назван иридием, так как по-гречески «ириоэйдес» радужный.

Судьбы платиновых металлов переплелись настолько тесно, что рассказ об одном из них немыслим без упоминания о других. В 1840 году профессор Казанского университета К. К. Клаус заинтересовался проблемами переработки уральской платиновой руды. По его просьбе петербургский Монетный двор прислал ему пробы платиновых остатков — нерастворимого осадка, образующегося после обработки сырой платины царской водкой. «При самом начале работы, — писал позднее ученый, — я был удивлен богатством моего остатка, ибо извлек из него, кроме 10 % платины, немалое количество иридия, родия, осмия, несколько палладия и смесь различных металлов особенного содержания…»

Если в первое время Клаус ставил перед собой лишь чисто практическую цель — найти способ переработки остатков платиновой руды в платину, то уже вскоре эти исследования приобрели более глубокий научный характер и полностью захватили ученого. «Два полных года, — вспоминал Клаус, — я кряхтел над этим с раннего утра до поздней ночи, жил только в лаборатории, там обедал и пил чай, и при этом стал ужасным эмпириком». Последнее утверждение имело вполне конкретный смысл: по словам А. М. Бутлерова — ученика Клауса, тот «имел привычку… при растворении платиновых руд в царской водке мешать жидкость прямо всеми пятью пальцами и определял крепость непрореагировавших кислот на вкус». Впрочем, это было свойственно не только Клаусу, но и другим химикам старой школы, которые, получив какое-либо вещество, всегда «дегустировали» его (до середины XIX века при описании свойств вещества необходимо было указать и его вкус), подвергая себя большой опасности: так, знаменитый шведский ученый Карл Шееле погиб, попробовав на вкус полученную им безводную синильную кислоту.

Труды Клауса увенчались успехом: способ переработки платиновых остатков был найден, и теперь ученому предстояло ехать в Петербург, чтобы сообщить об этом министру финансов Е. Ф. Канкрину, заинтересованному в удачном решении проблемы. Для поездки в столицу Клаус вынужден был занять 90 рублей у одного из своих друзей (вернуть долг ученый смог лишь спустя несколько лет, когда приобрел всемирную известность). По приезде в Петербург Клаус был уже через два дня принят министром и добился от него санкции на получение необходимых для продолжения исследований материалов. Ему были выданы 1/2 фунта платиновых остатков и 1/4 фунта сырой платины.

Вернувшись в Казань, ученый вновь с головой окунулся в работу, которая продолжалась много лет и дала блестящие результаты. Важнейшим из них стало открытие в 1844 году неизвестного ранее химического элемента — последнего «русского члена платинового семейства». «Уже при первой работе, — писал Клаус, — я заметил присутствие нового тела, но сначала не нашел способа отделения его от примесей. Более целого года трудился я над этим предметом, но наконец открыл легкий и верный способ добывания его в чистом состоянии. Этот новый металл, который назван мною рутением в честь нашего отечества (от латинского названия России — С. В.), принадлежит без сомнения к телам весьма любопытным».

Но открытие Клауса не сразу получило признание. Первые пробы соединений нового элемента ученый послал в Стокгольм Й.Я. Берцелиусу, пользовавшемуся огромным авторитетом у всех химиков. Каково же было разочарование Клауса, когда он узнал, что, по мнению этого маститого ученого, присланное ему вещество не содержит новый элемент, а представляет собой плохо очищенное соединение иридия. Убежденный в своей правоте Клаус снова и снова проводил опыты, забывая порой об элементарных мерах защиты. Правда, спустя несколько лет ученый предупреждал своих коллег: «При работе с осмиевым иридием надобно остерегаться от паров осмиевой кислоты. Это весьма летучее вещество принадлежит к самым вредным телам и действует преимущественно на легкие и на глаза, производя сильные воспаления. Я много терпел от нее». Слишком велико было желание Клауса убедить научный мир в том, что действительно открыт новый элемент, и он, наконец, сумел это сделать. Препараты соединений рутения опять были посланы Берцелиусу, и тот, проведя тщательные исследования, понял, что прежде ошибался в своих выводах. «Примите мои искренние поздравления с превосходными открытиями и изящной их обработкой, — писал он Клаусу, благодаря им Ваше имя будет неизгладимо начертано в истории химии».

Итогом напряженной работы Клауса стал опубликованный в 1845 году труд «Химическое исследование остатков уральской платиновой руды и металла рутения», в котором впервые были всесторонне описаны и свойства иридия, причем сам Клаус отмечал, что иридием он занимался больше, чем другими металлами платиновой группы. Рекомендации ученого стали научной базой для создания технологии получения иридия и других платиноидов. В наше время чистый иридий выделяют из самородного осмиридия и из остатков платиновых руд, но прежде из них, действуя различными реагентами, извлекают платину, осмий, палладий и рутений и лишь после этого наступает очередь иридия. Полученный при этом порошок либо прессуют в полуфабрикаты и сплавляют, либо переплавляют в электрических печах в атмосфере аргона. При обычной температуре иридий хрупок и не поддается никакой обработке, но в горячем состоянии он более «сговорчив» и позволяет себя ковать.

Природа бедна иридием: земные запасы его не превышают миллионных долей процента. Во всех странах мира за год производится не более тонны этого металла. Но интерес ученых к нему не ослабевает. Все новые и новые области применения находят, в частности, радиоактивные изотопы иридия. Так, недавно специалисты центра атомных исследований в Кадараше (Франция) разработали гамматрон — чуткий прибор, позволяющий бдительно следить за состоянием мостов, плотин и других сооружений из железобетона: под действием гамма-лучей радиоактивного иридия-192 на стеклянной пластинке, покрытой светочувствительным слоем, появляется четкое изображение «внутренностей» контролируемых узлов и деталей. С помощью подобных дефектоскопов проверяют качество металлических изделий и сварных швов: на фотопленке фиксируются все пустоты, непроваренные места и инородные включения. В доменном производстве малогабаритные контейнеры с тем же изотопом иридия служат для контроля уровня материалов в печи. Поскольку часть испускаемых гамма-лучей поглощается шихтой, по степени ослабления потока можно достаточно точно определить, какое расстояние лучам пришлось «пробираться» сквозь шихту, т. е. выяснить ее уровень.

Кстати, об изотопах. Помимо уже известного вам иридия-192, имеется еще 14 радиоактивных изотопов этого элемента с массовыми числами от 182 до 198. У самого тяжелого изотопа — самая короткая жизнь: его период полураспада меньше минуты. Любопытно, что период полураспада иридия-183 — ровно час. Стабильных же изотопов у элемента всего два — иридий-191 и иридий-193. На долю более «весомого» из них в природной смеси приходится примерно 62 % атомов.

С изотопом иридия связано открытие так называемого эффекта Мёссбауэра, на котором основаны поразительно точные методы измерения малых величин и слабых явлений, широко применяемые в физике, химии, биологии, геологии. Этот эффект (или, выражаясь строго научно, резонансное ядерное поглощение гамма-квантов в твердых телах без отдачи) был обнаружен молодым физиком из ФРГ Рудольфом Мёссбауэром в 1958 году. За несколько лет до этого, когда учеба в Высшем техническом училище в Мюнхене подходила к концу, он стал подыскивать тему для дипломной работы. Один из профессоров любезно предложил студенту длинный перечень тем. Как вспоминает сам Мёссбауэр, ни одна из них не пришлась ему по вкусу, кроме последней (кстати, тринадцатой по счету), главное достоинство которой, по мнению будущего физика, заключалось в том, что он не имел о ней ни малейшего представления. Речь шла о резонансном поглощении гамма-квантов атомными ядрами. «Самым главным, — вспоминает физик, — было то, что меня ткнули носом в это дело».

И «это дело» пошло на лад. Сначала был защищен диплом, спустя два года пришел черед диссертации, а еще через год состоялось открытие. Работая в Гейдельберге, в Институте медицинских исследований имени Макса Планка, ученый продолжал заниматься резонансным поглощением. Специальным счетчиком он определял число гамма-квантов, прошедших через металлический иридий, точнее, через один из его изотопов; источниками этих гамма-квантов были возбужденные атомные ядра того же самого изотопа. Ядра, пребывающие в обычном состоянии, могут также «возбудиться», но для этого они должны, поглотив гамма-квант, получить такое количество энергии, которое в точности соответствует разности между энергиями ядра в возбужденном и основном состояниях (это поглощение и называется резонансным). Обычно же энергия гамма-квантов оказывается чуть меньше, чем нужно, так как часть ее теряется при испускании на отдачу испускающего ядра (нечто подобное происходит, например, при выстреле из пушки или ружья).

Чтобы устранить некоторые побочные процессы, способные исказить результаты опытов, Мёссбауэр решил охладить иридий до температуры жидкого азота. При этом он полагал, что из-за уменьшения скорости движения ядер резонансное поглощение уменьшится, а число прошедших через иридий гамма-квантов соответственно возрастет (того же мнения придерживались и другие физики). К удивлению экспериментатора все оказалось наоборот. В чем же причина?

Ученый делает вывод: в твердых телах при достаточно низкой температуре отдачу воспринимает не отдельное ядро, а все вещество в целом, и поэтому потери энергии на отдачу исчезающе малы, т. е. энергия гамма-кванта точно равна разности энергии ядра в возбужденном и основном состояниях. Это открытие было признано одним из наиболее важных научных событий нашего времени (в 1961 году Мёссбауэр удостоен Нобелевской премии).

Сегодня эффект Мёссбауэра обнаружен уже на нескольких десятках элементов, но история науки навсегда связала открытие этого важнейшего физического явления с героем нашего рассказа — иридием.

«МОЛОДАЯ ЗЕЛЕНАЯ ВЕТВЬ» (ТАЛЛИЙ)

Кто ищет, тот всегда найдет. — «Эврика!» — Находка в пыли. — Когда распускаются ветви. — Плата за опоздание. — Химия и духи. — Именем Авиценны. Лавры утконоса. — Гроза грызунов. — Темной ночью. — Драгоценные камни? Вспышки в кристаллах. — Хорошая репутация. — Одно «но». — Диагноз ставит Агата Кристи. — Водой не разольешь. — Непременное условие. — Огни большого города. Выбор «компаньонов». — Ценная лепта. — Был лютый мороз. — Статус-кво. — Как рукой. — Легче не будет? — В медузах и свекле. — Слово за таллием.

«Кто ищет, тот всегда найдет»- поется в популярной песне. Так это или нет, но на протяжении тысячелетий люди пребывают в постоянном поиске. Одни ищут клады, другие — приключения, третьи — пути в незнаемое. И кое-кто действительно что-то находит. Вспомним хотя бы великого Архимеда. Гениальное решение задачи о соотношении золота и серебра в короне царя Гиерона пришло к ученому в тот момент, когда он ложился в ванну. Забыв обо всем на свете, раздетый Архимед выбежал на улицу с криком «эврика!» (по-гречески «нашел!»), хотя со стороны могло показаться, что он, напротив, все потерял.

Бывали и такие случаи, когда вместо драгоценных металлов искатель клада «находил» несколько граммов свинца, а вместе с ними — и вечный покой. А вот Колумбу хоть и не удалось отыскать кратчайший морской путь из Европы в Индию, но зато посчастливилось обнаружить неизвестные земли американского континента. Нечто подобное произошло в 1861 году с английским ученым Уильямом Круксом. В 50-х годах прошлого века Крукс, тогда еще молодой химик, занимался исследованием пылевидных отходов сернокислотного производства, полагая, что в них должен присутствовать теллур. Однако многочисленные химические операции так и не принесли желаемого результата, и ученый потерял интерес к этой работе. Отходы долгое время лежали без дела в его лаборатории, пока открытие спектрального анализа не побудило Крукса вспомнить о них. Новый метод не требовал таких больших затрат труда, как химический, и не воспользоваться им было просто грех.

Каково же было изумление ученого, когда вместо ожидаемой линии теллура он увидел в спектре красивую ярко-зеленую полоску, которая не могла принадлежать ни одному известному элементу. Крукс понял, что ему удалось раскрыть еще одну тайну природы. А поскольку дело происходило весной и на деревьях уже появились свежие побеги, новый элемент был тут же «окрещен» таллием: в переводе с греческого «таллос» означает «молодая зеленая ветвь». Любопытно, что почти так же звучит и другое греческое слово, которое переводится как «выскочка». И хоть это совпадение случайно, оно не лишено смысла: ведь таллий и в самом деле можно считать «выскочкой»: его не искали, он сам взял да и заявил о своем существовании.

Почти одновременно с Круксом, спустя лишь несколько месяцев, этот же элемент был обнаружен и французским химиком Лами; он нашел его тоже в отходах сернокислотного производства и тоже спектральным анализом. И хотя Лами даже удалось выделить 14 граммов металлического таллия и определить некоторые его свойства, приоритет открытия остался за английским ученым. Впоследствии Крукс внес немалый вклад в развитие химии и физики (парадоксально, что при этом он был убежденным сторонником спиритизма и много времени уделял вызыванию духов), а на склоне лет возглавил Лондонское королевское общество, но своим первым научным успехом он обязан открытому им в 1861 году металлу.

То, что таллий был впервые обнаружен с помощью спектроскопа, вполне закономерно: в большинстве минералов этот рассеянный элемент присутствует в столь малых количествах, что случайно напасть на его след химическим путем практически невозможно, благодаря же необыкновенно высокой чувствительности спектрального метода это произошло нежданно-негаданно. Общее содержание таллия в земной коре не так уж мало-0,0003 % (природные запасы, например, золота или платины намного меньше). А вот собственные минералы элемента можно пересчитать по пальцам: лорандит, гутчинсонит, урбаит, крукезит, авиценнит; последний, представляющий собой почти чистую окись таллия, был найден в 1956 году на территории Узбекской ССР и назван в честь великого врача и философа древности Авиценны (правильнее Абу Али Ибн Сины). В природе эти минералы встречаются столь редко, что о промышленном использовании их в качестве таллиевого сырья не может быть и речи. А получают этот металл как попутный продукт при производстве свинца, цинка и ряда других элементов.

Более полувека после открытия таллий представлял интерес лишь как объект научных исследований. Ученые, изучавшие свойства этого металла, нашли в его поведении немало странностей. По внешним данным, плотности, твердости, температуре плавления и другим физическим свойствам он весьма сходен со свинцом — своим соседом справа по периодической системе (их «владения» располагаются под номерами 81 и 82). Что же касается химических наклонностей, то в этом отношении таллий кое в чем подобен щелочным металлам — натрию и калию, а кое в чем — серебру.

Как представитель третьей группы таллий должен проявлять в основном валентность, равную трем, а он предпочитает выступать в роли одновалентного металла, что характерно для щелочных элементов. Впрочем, в некоторые комплексные соединения одновременно входят и одновалентный и трехвалентный таллий: первый — в роли катиона, второй — как компонент комплексного аниона. Не случайно известный французский химик прошлого столетия Ж. Б. А. Дюма так отзывался об элементе № 81: «Не будет преувеличением, если с точки зрения принятой классификации металлов мы скажем, что таллий объединяет в себе противоположные свойства, которые позволяют называть его парадоксальным металлом». А чтобы наглядно проиллюстрировать свою мысль, Дюма даже заявил, что таллий занимает такое же место среди металлов, какое утконос — среди животных. Этот странный зверек — млекопитающее, однако подобно земноводным и птицам откладывает яйца; да и внешний вид его своеобразен: он покрыт шерстью, но имеет утиный клюв и перепонки на лапах.

По мере того как накапливались сведения о свойствах таллия и его соединений, начали намечаться и пути его практического применения. Первая запись в «трудовую книжку» этого элемента была сделана в 1920 году, когда в Германии запатентовали яд против грызунов и некоторых насекомых, содержащий сульфат таллия. Лиха беда начало. В том же году было замечено, что оксисульфид таллия — так называемый таллофид — под действием света меняет свою электропроводность, особенно чутко реагируя на инфракрасные лучи. Вскоре уже были созданы таллофидные фотоэлементы, для которых быстро нашлись подходящие «места службы»: в устройствах для сигнализации в темноте или густом тумане, в инфракрасных прожекторах, указывающих летчику место посадки на затемненном аэродроме, в системах для отыскания в ночных условиях объектов, излучающих тепло, в приборах для измерения радиации звезд, в фотоэкспонометрах, применяемых при съемках в инфракрасных лучах. На необычайно высокой способности пропускать эти лучи основано использование в технике и других соединений таллия-бромида и иодида. Из монокристаллов этих солей изготовляют линзы, окна, призмы, кюветы для оптических приборов, работающих в инфракрасной области спектра (приборы военного назначения, спектроскопы, микроскопы). Соли таллия входят в состав специальных стекол — желтых, зеленых, оранжевых — с очень большим коэффициентом преломления (они могут имитировать драгоценные камни), а также черных непрозрачных стекол.

В современной технике широко применяются сцинтилляционные счетчики приборы для обнаружения и измерения радиоактивных излучений. «Сердцем» такого прибора служат люминесцентные кристаллы, или кристаллофосфоры. Когда на кристалл попадают бета-частицы или гамма-кванты, в этом месте возникает световая вспышка. С помощью фотоэлемента свет преобразуется в электрический ток. Чем интенсивнее радиоактивные лучи, тем ярче вспышка и тем больше сила возникшего тока. В роли кристаллофосфоров успешно выступают галогениды щелочных металлов. Но чтобы повысить «к.п.д.» этих соединений, к ним обязательно добавляют так называемые активаторы, которые и создают в кристаллах центры свечения. В кристаллофосфоры, предназначенные для несения сцинтилляционной «службы», в качестве активатора входит таллий.

В химической промышленности таллий, его окислы и сульфиды пользуются хорошей репутацией как эффективные катализаторы различных органических реакций (восстановления нитробензола водородом, окисления газообразного анилина). Некоторые соединения этого элемента оказывают заметное антидетонирующее действие на топливо для двигателей.

Ели бы не одно «но», таллий и его соли, видимо, нашли бы широкое применение в медицине, где они не без успеха выполняли определенные функции. Этим «но» оказалась очень высокая токсичность как самого металла, так и многих его соединений. Поскольку в ряде случаев необходимая терапевтическая доза оказывается близкой к опасной, поле деятельности этого элемента ограничено: ему приходится довольствоваться удалением волос при стригущем лишае (соли таллия приводят к временному облысению) да кое-какими другими мелкими «поручениями».

Несколько лет назад в лондонском аэропорту приземлился самолет, который доставил в английскую столицу тяжело больную полуторагодовалую девочку из Катара — небольшого арабского государства в районе Персидского залива. С каждым днем у ребенка росло кровяное давление, все труднее становилось дыхание. Поскольку врачи в Катаре не смогли поставить диагноз заболевания, полет в Лондон стал последней надеждой для несчастных родителей.

Но когда девочку привезли в одну из лондонских больниц, оказалось, что даже высококвалифицированные столичные врачи не знакомы с симптомами этого странного заболевания. Несколько часов длился консилиум лучших специалистов, однако прийти к какому-либо заключению не удалось. А тем временем состояние девочки становилось угрожающим, сознание почти не возвращалось к ней. И вот, когда казалось, что ничто не может спасти жизнь ребенка, в спор врачей у постели больной вмешалась медицинская сестра, ухаживавшая за ней. Девушка уверенно заявила, что организм ребенка отравлен таллием. На чем же был основан такой смелый диагноз? Медсестра пояснила, что совсем недавно она прочитала детектив Агаты Кристи «Соловая лошадь», где описывается отравление таллием: симптомы болезни маленькой пациентки больницы удивительно совпадали с тем, что происходит на страницах книги. Врачи решили проверить эту версию, однако в клинике не оказалось нужных приборов и реактивов. На помощь медикам пришел… Скотланд-Ярд, который по счастливому совпадению незадолго до этого расследовал убийство с применением таллия. В лаборатории криминалистики нашлись требуемые химикалии и аппаратура. Диагноз подтвердился: выяснилось, что родители девочки применяли дома для борьбы с крысами и тараканами химические средства, содержащие соли таллия. Врачи назначили соответствующее лечение, и вскоре ребенок был вне опасности.

Как видите, включение таллия в «рацион» приводит к нежелательным последствиям. Использование же этого металла и его соединений по назначению приносит немалую пользу.

В природе многие минералы так хорошо уживаются друг с другом, что их, как говорится, водой не разольешь. Водой действительно их разделить трудновато, а вот органические соединения таллия позволяют это сделать без особых хлопот. Раствор муравьинокислого и малоновокислого таллия (жидкость Клеричи) характеризуется большой плотностью — более 4 г/см3. Если этой тяжелой жидкостью обработать смесь минералов, одни из них — легкие — всплывут на поверхность, другие — осядут на дно. Таким способом не только разделяют минералы, но и определяют их плотность.

Казалось бы, совсем недавно вошли в нашу жизнь полупроводники, а сегодня уже невозможно представить себе современную технику без этих замечательных материалов, которые способны поистине творить чудеса. Миниатюрные приборы простые, надежные, удобные в обслуживании — решают самые разнообразные сложнейшие задачи. Известно много веществ с полупроводниковыми свойствами. Особое место среди них занимают так называемые стеклообразные полупроводники, в состав которых, наряду с мышьяком, сурьмой, серой, селеном и теллуром (в разных сочетаниях), непременно входит таллий.

Когда в вечернем сумраке больших городов вспыхивают огни световых реклам, вместе с другими элементами включается в работу и «восемьдесят первый»: стеклянные трубки, заполненные аргоном и парами таллия, излучают приятный зеленый свет. Таллиевые газоразрядные лампы применяют для градуировки спектральных приборов, контроля фотопленок и негативов, оценки рентгеновских снимков. Пары таллия придают зеленую окраску и некоторым видам сигнальных ракет.

В промышленности, сельском хозяйстве, бытовой технике трудится в наши дни громадное число металлических сплавов — более 10 тысяч. Пожалуй, невозможно назвать такой металл, который не участвовал бы в создании тех или иных сплавов. Не остался в стороне от этого важного дела и таллий. Легко сплавляясь со многими металлами, он входит в состав различных композиций, обладающих ценными свойствами. Так, в союзе со свинцом, оловом и сурьмой таллий образует отличный кислотоупорный материал, который запатентован для облицовки подземных трубопроводов. Создана большая группа подшипниковых сплавов, содержащих этот элемент. В зависимости от назначения подшипников таллий выбирает себе подходящих компаньонов: чаще всего в этой роли выступают свинец, медь, олово, а иногда даже такие благородные «персоны», как золото и серебро. При этом таллий вносит очень ценную лепту в комплекс свойств, необходимых подшипниковым материалам: благодаря сравнительно низкой температуре плавления он в процессе работы механизмов образует как бы естественную смазку, во много раз повышающую износостойкость подшипников, а значит, и срок их службы.

Существует несколько десятков легкоплавких сплавов, содержащих таллий. Но самым уникальным среди них безусловно нужно признать сплав таллия со ртутью: он становится твердым только при -60 °C. В условиях Арктики или Антарктиды, на полюсе холода или в стратосфере специальные низкотемпературные термометры, заполненные этим жидким сплавом (точнее, амальгамой), могут надежно служить при лютых морозах, перед которыми вынуждены пасовать обычные ртутные термометры.

Нашлась работа в промышленности и для радиоактивного изотопа элемента № 81. Таллий-204 используется в качестве источника бета-излучения во многих приборах для контроля и исследования производственных процессов. С помощью таких приборов автоматически измеряется, например, толщина движущейся ткани или бумаги: как только бета-лучи, проходящие через слой материала, начинают ослабевать или усиливаться (а это значит, что толщина материала соответственно увеличилась или уменьшилась), автоматическое устройство дает нужную команду и восстанавливает «статус-кво», т. е. оптимальный технологический режим. Другие приборы с радиоактивным таллием как рукой снимают вредный статический заряд, возникающий в производственных помещениях текстильной, бумажной и кинопленочной промышленности.

До последнего времени науке были известны два стабильных и 18 радиоактивных изотопов таллия, причем самым легким из них считался изотоп с массовым числом 191. В 1972 году в лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований в Дубне был получен еще более легкий изотоп этого элемента-таллий-189.

Таллий входит в состав многих представителей флоры и фауны нашей планеты. Из животных больше всего таллия содержат медузы, актинии, морские звезды и другие обитатели подводного царства. А вот на суше этот элемент чаще встречается в растениях, причем некоторые из них аккумулируют его в процессе своей жизнедеятельности. Так, таллий был найден в свекле, произраставшей на почве, в которой с помощью самых чувствительных методов не удалось его обнаружить. Дальнейшие исследования показали, что свекла «умеет» собирать и накапливать таллий даже при минимальной концентрации его в почве.

…Свыше ста лет назад уже упоминавшийся Ж. Б. А. Дюма высказал мнение, что «таллию суждено сделать эпоху в истории химии». Вероятно, ученый переоценил возможности элемента, изучению которого он посвятил многие годы. Но бесспорно и другое: лучшие свои роли таллий еще не сыграл.

«КОМАНДИРОВКА» В КОСМОС (ВИСМУТ)

Эксперимент «Сфера». — Стоит ли огород городить? — Средневековая путаница. — Демогоргон или глаура? — Версии, версии, версии… — Бледные лица красавиц. — Благородное поприще. — Пожарникам снятся сны. — «Чаепитие» на уроке. Лекарство от «чумы». — Эффект становится эффективным. — От фарфора до помады. — Полимер с начинкой. — Любимая роль. — Закон не писан. — Между полюсами. Голубым огнем. — Нарушители порядка. — Без лишней торопливости. — «Стеклянный» металл. — Двухмесячный «обстрел». — Скромное место. — Находки в Забайкалье.

В один из летних дней 1976 года, когда вокруг Земли вращалась орбитальная научная станция «Салют-5», члены ее экипажа космонавты Б. Волынов и В. Жолобов сообщили в Центр управления полетом, что согласно программе они провели очередной технологический эксперимент под названием «Сфера».

Кем только не приходится быть космонавтам во время полета! Они и геологи, и биологи, и медики, и физики, и химики — да разве перечислишь все их небесные профессии. На этот раз — для проведения эксперимента «Сфера» — космонавты превратились в металлургов, а их металлургическим «цехом» стал компактный прибор, с помощью которого предстояло исследовать процесс затвердевания жидкого металла в условиях невесомости. Точнее, воспользовавшись отсутствием земных сил тяжести, космонавты должны были получить на этом приборе идеальные по форме металлические шарики.

Что же представляет собой прибор и какому металлу суждено было одним из первых войти в летопись космической металлургии? Прибор состоит из специального «магазина» с металлическими заготовками, электронагревателя и прозрачного лавсанового мешочка. Металлом же, на который пал выбор ученых, планировавших этот эксперимент, оказался известный уже более ста лет так называемый сплав Вуда, состоящий из висмута, свинца, олова и кадмия (в соотношении примерно 4:2:1:1). Основная рабочая характеристика сплава — низкая температура плавления (около 70 °C). Именно за эти заслуги сплаву Вуда и была выдана «путевка» в космические дали: чем легче плавится металл, тем конструктивно проще и, следовательно, компактнее может быть прибор, а это обстоятельство в космонавтике имеет первостепенное значение.

Итак, в точно отведенное для эксперимента время космонавты включили прибор и крохотная заготовка, похожая на кусочек карандашного грифеля, поступила из «магазина» в трубку нагревателя. Здесь заготовка быстро превратилась в каплю и специальное устройство вытолкнуло ее в лавсановый мешочек. Если бы дело происходило на Земле, капелька тотчас же упала бы на дно, и на этом опыт закончился бы, так и не состоявшись. В космосе же шарик из расплавленного металла, расставшись с нагревателем, начинает парить в невесомости. Скорость выталкивания капли и размеры мешочка выбраны с таким расчетом, чтобы к моменту соприкосновения с его стенками металл уже успел затвердеть. Капля, еще капля, еще — и вот уже получено много крохотных матовых бусинок.

«Шарики вроде ничего, симпатичные, — комментировал по ходу дела бортинженер В. Жолобов. — Приятно смотреть, как расплавленные капельки парят в невесомости, застывают, ни с чем не соприкасаясь».

Но вот эксперимент «Сфера» закончен. Какую же практическую пользу он принесет? Стоит ли в космосе «огород городить» только ради того, чтобы собрать урожай металлических горошинок, пусть даже идеальной сферической формы? Да и будет ли их форма идеальной?

Лавсановый мешок космонавты доставили на землю, и ученые многих лабораторий подвергли его содержимое всестороннему исследованию. Оказалось, что, застывая, металлические капли приобретали эллипсоидный вид и превращались в крохотные «груши», «луковицы», но отнюдь не в желанные шарики. К тому же сплав Вуда по каким-то причинам терял в невесомости свою однородность. И хотя, как говорится, первый блин-комом, подобные эксперименты, видимо, будут продолжены. Если они окажутся успешными, перед технологами откроются заманчивые перспективы: ведь в земных условиях, чтобы из металлической заготовки получить шарик для подшипников, требуется выполнить одиннадцать различных операций, потеряв при этом немало металла в отходы. Да к тому же и структура поверхностного слоя шариков порой оставляет желать лучшего. Вот почему можно предположить, что расходы на путешествие сплава Вуда в космос с лихвой окупятся, когда на околоземной орбите начнет действовать первый космический подшипниковый завод. И это время уже не за горами…

А пока спустимся с небес на Землю и познакомимся с главным компонентом сплава Вуда висмутом — серебристо-белым металлом с легким розоватым оттенком. Первые упоминания о нем в химической литературе относятся к XV веку. Правда, тогда многие химики путали висмут со свинцом, оловом и сурьмой. Так, в одном из алхимических словарей висмут описывается как «всякий легчайший, бледнейший и дешевейший свинец». Зато известный металлург и минералог средневековья Георг Агрикола в своей книге «О месторождениях и рудниках в старое и новое время», написанной в 1546 году, возвел висмут в ранг одного из основных металлов, присовокупив его к известной с древности «великолепной семерке» — золоту, серебру, меди, железу, свинцу, олову и ртути. Однако окончательно «права гражданства» висмут обрел лишь в XVIII веке. Этому металлу, пожалуй, как ни одному другому химическому элементу, повезло с названиями: по подсчетам некоторых ученых, в литературе XV–XVIII веков можно встретить более 20 «псевдонимов» висмута и среди них такие выразительные, как демогоргон, глаура, нимфа.

О происхождении слова «висмут» существует множество версий. Одни ученые считают, что в основе его лежат немецкие корни «wis» и «mat» (искаженно weisse masse и weisse materia) — белый металл (точнее, белая масса, белая материя). По мнению других, название произошло от немецких слов «wiese» (луг) и «muten» (разрабатывать рудник), поскольку этот металл еще в древние времена добывали в лугах Саксонии, близ Мейсена. Третьи утверждают, что висмутовыми рудами был богат округ Визен в Германии — ему, мол, и обязан металл названием. С точки зрения четвертых, слово «висмут» — не что иное, как арабское «би исмид», т. е. похожий на сурьму. Трудно сказать, какая из версий наиболее правильна. Даже Большая Советская ‘Энциклопедия не берется разрешить этот спор и лишь лаконично замечает: «Происхождение назв. „В“ не установлено». Символ Bi впервые ввел в химическую номенклатуру выдающийся шведский химик И.-Я. Берцелиус.

Еще в старину соединения висмута широко применялись как краски, грим, косметические средства. Так, на Руси, например, представительницы слабого пола охотно пользовались различными белилами, в том числе и висмутовыми, которые иногда назывались также испанскими. Один англичанин, посетивший русское государство в середине XVI века, отмечал, что женщины «так намазывают свои лица, что почти на расстоянии выстрела можно видеть налепленные на лицах краски; всего лучше их сравнить с женами мельников, потому что они выглядят так, как будто около их лиц выколачивали мешки муки».

Другая древняя «профессия» висмута, точнее его соединений, — медицина. На этом благородном поприще он продолжает трудиться и в наши дни: многие лекарства, присыпки и мази, применяемые как антисептические и заживляющие средства при лечении кожных и желудочно-кишечных заболеваний, ожогов, ран, содержат в том или ином виде висмут. Не случайно фармацевтическая промышленность-один из основных потребителей этого металла.

В технике же висмут издавна известен своими легкоплавкими сплавами. Вот что написано в одной из книг, изданных более ста лет назад: «В сплавах висмут употребляется единственно потому, что он придает им легкоплавкость. Оттого этим металлом пользуются оловянщики и органщики, когда им надобно иметь особенно легкоплавкий препарат. Словолитчики также прибавляют немного висмута для облегчения расплавления металла, чем, конечно, не улучшают своего товара, потому что висмут делает все сплавы ломкими».

Сегодня «словолитчики», правда, уже не применяют висмут в качестве компонента типографского сплава, но в других областях различные сплавы висмута (и среди них уже знакомый вам сплав Вуда) находят немало работы. Пожарники, например, могут спать спокойно, если огнеопасные объекты оборудованы автоматическими огнетушителями с плавкими предохранителями из сплава висмута с другими металлами. Стоит температуре в помещении превысить определенный уровень, проволочка из этого сплава расплавляется, срабатывает реле и резкий звонок предупреждает о грозящей опасности. Есть и такие устройства, которые не только сигнализируют о пожаре, но и сами, не дожидаясь помощи со стороны, обрушивают на пламя потоки воды, а прибывшим пожарникам остается лишь констатировать, что огонь ликвидирован, и снова привести устройство в состояние «боевой готовности».

Сплав висмута со свинцом и ртутью плавится уже при трении и потому используется для изготовления металлических карандашей. Легкоплавкие сплавы на висмутовой основе позволяют надежно спаять стекло с металлом. Из сплава Вуда можно отлить чайную ложечку, которая… расплавится при первом же перемешивании ею горячего чая. Разумеется, в посудо-хозяйственном магазине такую ложку не встретишь, зато на уроке физики «чаепитие» с ее помощью дает возможность наглядно продемонстрировать легкоплавкость сплава Вуда.

Этот сплав обладает и высокими литейными свойствами, благодаря чему легко заполняет мельчайшие детали формы. Из него делают модели для отливки сложных деталей, он применяется для заливки металлографических шлифов, «принимает участие» в зубоврачебном протезировании.

Для некоторых сплавов висмута характерны уникальные магнитные свойства. Так, из его сплава с марганцем изготовляют сильные постоянные магниты. Сплав висмута с сурьмой, обнаруживающий в магнитном поле аномальный эффект магнитосопротивления, используется для производства быстродействующих усилителей и выключателей. Добавка висмута (всего 0,01 %) к сплавам на основе алюминия и железа улучшает пластические свойства материала, упрощает его обработку. Такую же услугу оказывает висмут и нержавеющей стали. А олову он помогает излечиться от хронического заболевания, называемого «оловянной чумой»: при низких температурах этот металл рассыпается в порошок. Причина этого — переход одной разновидности олова в другую, с более свободным расположением атомов в кристаллической решетке (так называемое белое олово превращается в серое). Атомы же висмута, добавленные к олову, как бы цементируют его решетку, не давая ей разрушиться при перестройке, вызванной таким превращением.

Весьма перспективны соединения висмута с теллуром в качестве материала для термоэлектрогенераторов. Благоприятное сочетание теплопроводности, электропроводности и термоэлектродвижущей силы обусловливает высокий коэффициент полезного действия преобразования тепловой энергии в электрическую. Кстати, первая батарея термоэлементов, созданная примерно полтора столетия назад, была выполнена из спаянных проволочек сурьмы и висмута.

В космонавтике, медицине и многих других областях используется сегодня термоэлектрическое охлаждение. Еще в 1834 году французский физик Жан Пельтье заметил, что если через электрическую цепь, состоящую из проводников разного типа, скажем железа и висмута, пропустить постоянный ток, то в месте их соединения поглощается некоторое количество теплоты. Это явление, названное эффектом Пельтье, долгое время не находило практического применения, так как возникающее в месте соединения металлов охлаждение было очень незначительным. Но вот спустя более ста лет советский академик А. Ф. Иоффе предложил заменить металлы в термоэлектрических устройствах полупроводниковыми материалами, в частности соединениями висмута, теллура, селена и сурьмы. Вот тогда-то эффект Пельтье стал поистине эффективным средством охлаждения. Оказалось возможным создание на его основе холодильника нового типа, в котором переносчиком тепла служат не жидкости или газы, как в обычном холодильнике, а электроны. Крохотные электронные холодильники, величиной с наперсток, плавно понижают температуру до -50 °C. Важной особенностью таких холодильников является то, что их легко можно превратить в… нагреватели: для этого нужно лишь изменить направление тока.

Соединения висмута можно встретить во многих сферах современной техники. Трехокись этого металла служит катализатором при получении акриловых полимеров. В качестве флюса, снижающего температуру плавления некоторых неорганических веществ, ее используют также в производстве стекла, эмали, фарфора. Висмутовые соединения вводят в состав стекол, если нужно повысить их коэффициент преломления. Соли висмута применяются при изготовлении красок для дорожных знаков, «вспыхивающих», когда на них падает луч автомобильной фары. Известные с давних пор косметические наклонности висмута проявляются сегодня в создании с помощью его солей перламутровой губной помады.

В последние годы внимание многих ученых приковано к явлению сверхпроводимости. Открытое еще в 1911 году голландским физиком X. Камерлинг-Оннесом, это свойство некоторых металлов и соединений — вблизи абсолютного температурного нуля практически беспрепятственно пропускать электрический ток — долгое время представляло лишь сугубо научный интерес. Бурное развитие науки и техники во второй половине XX века связало со сверхпроводимостью грандиозные практические перспективы, прежде всего в области энергетики. Но чтобы перспективы стали реальностью, нужно отодвинуть как можно дальше от абсолютного нуля порог сверхпроводимости, т. е. ту критическую температуру, при которой вещество скачкообразно теряет способность сопротивляться электрическому току. Поиски ученых направлены на создание так называемых высокотемпературных сверхпроводников — материалов, способных обретать это свойство при сравнительно легко достижимых температурах. По мнению ряда специалистов, такими материалами могут стать полимеры, «начиненные» мельчайшими частицами металлов.

Не так давно советские химики сделали первый шаг на пути решения этой проблемы. Подвергая электролизу водный раствор солей свинца и висмута в присутствии толуольного раствора полидифенилбутадиена, они сумели получить металлополимер, содержащий около 80 % дисперсных (диаметром несколько микрон) частичек свинцововисмутового сплава. Поскольку металл внедрялся в полимер в момент образования из соли, не успевая окислиться, поверхность частиц была почти идеально чистой. Как показали испытания нового материала, температура перехода его в сверхпроводящее состояние, хоть и далека от желаемой, но заметно выше, чем у чистого сплава того же состава. Значит, можно надеяться, что следующие шаги в этом направлении позволят достичь намеченной цели.

Любопытные результаты получили и американские ученые из Мичиганского университета. Они обнаружили, что висмут, «загрязненный» небольшим количеством атомов олова или теллура, при температурах 0,03-0,06 К обретает сверхпроводимость, в то время как чистый металл этим свойством обделен. Изменяя концентрацию примеси, можно несколько смещать порог проводимости висмута в ту или другую сторону.

До сих пор речь шла о сплавах и химических соединениях висмута. Но свою, пожалуй, самую важную и ответственную роль — теплоносителя в ядерных реакторах — он предпочитает исполнять в гордом одиночестве. На эту роль металл приглашен не случайно: плавится он при сравнительно низкой температуре (271 °C), а кипит при довольно высокой (1560 °C). Широкий интервал температур, при которых висмут пребывает в жидком состоянии, в сочетании с химической стойкостью, пожарной безопасностью и, что самое главное, способностью рассеивать тепловые нейтроны, почти не поглощая их при этом (т. е. не тормозя цепную реакцию), выдвигают висмут в число лучших ядерных теплоносителей. Перспективно и использование его в реакторах с жидкометаллическим топливом — ураном, растворенным в расплавленном висмуте.

У висмута есть еще целый ряд интересных свойств. В отличие от большинства металлов, он очень хрупок и легко растирается в порошок, но горячим прессованием из него можно изготовить тонкую проволоку и пластинки. Почти все металлы при затвердевании уменьшаются в объеме, а висмут, благодаря своеобразию кристаллической структуры, напротив, расширяется (то же происходит и с водой при ее превращении в лед). По-видимому, этим обусловлена и другая особенность поведения висмута. С ростом давления температура плавления веществ обычно повышается. Этому правилу подчиняются все металлы, а для висмута, оказывается, закон не писан: чем выше давление, тем легче он «соглашается» перейти в жидкое состояние.

Висмут — самый диамагнитный металл: если его поместить между полюсами обычного магнита, то он, стремясь с одинаковой силой оттолкнуться от обоих полюсов, займет положение на равном от них расстоянии. Под влиянием магнитного поля электрическое сопротивление висмута увеличивается в большей степени, чем у других металлов; этим его свойством пользуются для измерения индукции сильных магнитных полей (прибор, служащий для этой цели, называется висмутовой спиралью). После расплавления висмута его электросопротивление падает вдвое, а при охлаждении резко возрастает (например, при понижении температуры от нуля до -180 °C сопротивление этого металла увеличивается в 60 раз).

В отношении химических свойств висмут ведет себя куда скромнее, стараясь походить на своих ближайших соседей по пятой группе (точнее, ее правой подгруппе) периодической системы — сурьму и мышьяк. Разве что металлические свойства у него выражены посильней, но к этому его просто обязывает положение в таблице элементов: он ближе к «полюсу металличности» (левый нижний угол таблицы), чем другие элементы его подгруппы. В сухом воздухе висмут устойчив, но во влажном он облачается в тончайшее покрывало окиси. Если же металл нагреть выше 1000 °C, он сгорает красивым голубоватым пламенем.

Как известно, при электролизе ионы металла переносятся с анода на катод. Так считали почти полтора столетия — с тех пор как английский ученый Майкл Фарадей установил важнейшие законы электролиза. Но вот в 1975 году сотрудники Института общей и неорганической химии Академии наук УССР обнаружили, что некоторые металлы при электролитических процессах устремляются к аноду. В опытах украинских ученых катод был изготовлен из висмута, анод — из никеля, а роль электролита выполнял расплавленный едкий натр. Когда был включен ток, висмутовый катод начал таять на глазах, и уже вскоре на поверхности анода появились блестящие шарики из чистого висмута.

Это открытие не опровергает, а лишь уточняет закон Фарадея. Большинство металлов действительно выделяется на катоде, и лишь некоторые — висмут, свинец, олово, сурьма — «предпочитают» анод, правда, при условии, что электролитом служит расплав солей щелочных и щелочноземельных металлов.

«Поправка к закону» может быть использована для очистки многих металлов и сплавов от примесей висмута, свинца и других «нарушителей порядка». Для этого металлическую заготовку, которую нужно подвергнуть рафинированию, вводят в электролит в качестве катода. Начинается электролиз, и ненужные примеси, расставшись с основной массой металла, перебазируются на анод. Этот экономичный способ назван катодной очисткой.

Как известно, все металлы, да и вообще большинство твердых тел, имеют кристаллическую структуру, при которой их атомы (ионы, молекулы) располагаются в пространстве в строго определенном порядке. Другое дело — жидкости или газы. Взять хотя бы обычную воду. Что она собой представляет? Совершенно хаотическое скопление молекул «ашдвао». Но стоит охладить воду до нуля, как ее замерзающие молекулы стремятся занять уже не случайное положение, а лишь то, что соответствует кристаллической решетке льда. Так неприметная капелька дождя превращается в красавицу-снежинку. В результате этой перестройки существенно меняются не только «внешние данные», но и многие физико-химические свойства вещества.

Однако не все твердые тела «признают» кристаллическую структуру. Таково, например, стекло — оно аморфно и в жидком, и в твердом состоянии. А нельзя ли аморфные металлические расплавы заставить переходить в твердое, но тоже аморфное состояние, т. е. получать «металлические стекла»? Эта смелая задача была продиктована не праздным любопытством ученых: ведь у новых материалов могли оказаться совершенно неожиданные свойства. Но как же решить задачу?

Обычно процесс кристаллизации вещества протекает во времени, и молекулы поэтому имеют возможность «поразмыслить» над тем, как им себя вести в ходе перестройки. А что если осуществить мгновенное затвердевание и, следовательно, не дать молекулам времени на «размышление»?

На помощь пришлось призвать глубокий вакуум и адский холод. Именно они помогли создать такие условия, оказавшись в которых, молекулы вынуждены были, как при знакомой всем игре моментально подчиняться команде: «Замри!». В ходе многочисленных опытов удалось установить, что если на переохлажденную металлическую пластинку, находящуюся в камере, где обеспечены указанные условия, нанести пары какого-либо металла, то на пластинке тут же образуется «стеклянная» пленка. Подобный эксперимент, в частности, был проделан с висмутом. Оказалось, что пленка из висмутового «стекла» толщиной всего в несколько микрон обладает буквально сказочными магнитными и сверхпроводящими свойствами. Даже при обычной температуре ее сопротивление электрическому току во много раз ниже, чем у того же висмута в кристаллическом состоянии.

Магнетизм и сверхпроводимость — это едва ли не важнейшие качества материалов, без которых немыслимо развитие многих направлений современной техники. И, надо полагать, металлические «стекла» (или, если хотите, «стеклянные» металлы) скажут по этому поводу свое веское слово.

Висмут — последний практически не радиоактивный элемент периодической системы. Именно практически, так как тонкие эксперименты показали, что ядра атомов его основного природного изотопа висмута-209 все же подвержены радиоактивным превращениям, но период полураспада этого изотопа в сотни миллионов раз превышает возраст Земли. Поэтому его с полным основанием можно характеризовать как стабильный, чего не скажешь о других 19 изотопах висмута период полураспада любого из них не превышает нескольких суток.

Совсем недавно висмут помог советским физикам синтезировать ядра 107-го элемента периодической системы. Помещенная в ускоритель висмутовая мишень подверглась ожесточенной бомбардировке ионами хрома. Более двух месяцев непрерывно работал ускоритель, сопоставлялись и анализировались результаты десятков тончайших экспериментов, и вот, наконец, можно было с уверенностью заявить, что при слиянии иона хрома с ядром висмута образуются ядра 107-го элемента, период полураспада которых всего около двухтысячных долей секунды.

Спрос на висмут растет из года в год. За последние 40 лет цена на него на мировом рынке подскочила в шесть раз. По запасам в земной коре висмут занимает весьма скромное место в восьмом десятке, позади большинства редких и рассеянных элементов. В то же время минералов этого металла не так уж мало-более 70. Правда, скоплений они не образуют, и добывать висмут приходится как попутный продукт при производстве свинца, меди, серебра и других распространенных металлов, руды которых содержат порой всего 0,0001 % висмута. Самые известные висмутовые месторождения находятся в Боливии, на острове Тасмания и в Перу.

В нашей стране поиски месторождений этого металла начались в годы первой мировой войны, когда резко возросла потребность в лечебных и антисептических средствах. Висмутовые препараты, используемые для медицинских целей, ввозили в царскую Россию из Германии. С началом военных действий на старого торгового «партнера» рассчитывать не приходилось, и Управление верховного начальника санитарной и эвакуационной части обратилось в Академию наук с просьбой указать, есть ли в России руды висмута и можно ли выплавлять из них этот металл.

Просьба была передана крупнейшему геологу академику В. И. Вернадскому, который в те годы возглавлял Комиссию по изучению естественных производительных сил России. Исследовав образцы Минералогического музея академии, ученый пришел к выводу, что поисковые работы следует вести в Забайкалье, и вскоре туда отправился один из его учеников К. А. Ненадкевич (впоследствии член-корреспондент АН СССР). Спустя некоторое время он нашел в Шерловой горе новый минерал, названный им базобисмутитом. Минерал содержал довольно много висмута и мог быть отличным сырьем для его производства. В дальнейшем геолог нашел еще ряд висмутовых месторождений, а уже в 1918 году из руд одного из них — Букукинского — им были выплавлены первые десятки килограммов отечественного висмута.

РЕДЧАЙШИЙ ИЗ РЕДКИХ (ФРАНЦИЙ)

Нет правил без исключений. — Долгие ожидания. — Где хозяин? — Кое-какие прогнозы. — Две версии. — Незваные гости. — На берегах Мертвого моря. — Что «скажет» пепел сигары? — Открытия «закрываются». — Продолжение поиска. Радиоактивная вилка. — Вакансия заполнена. — Жизнь коротка. — Химикам помогает… физика. — За залпом залп. — Алхимики хватаются за голову. — Лишнее золото. — Без иллюминации. — «Химия на бегу». — Точки зрения на точку плавления. — Лед тронулся.

Говорят, нет правил без исключений. И если посчитать правилом тот факт, что история открытия химических элементов связана прежде всего с представителями сильной половины человечества, то приятным исключением будут три женских имени, которыми вправе гордиться слабый пол: Мария Склодовская-Кюри — первооткрыватель полония и радия, Ида Ноддак (Такке), открывшая рений, и Маргерит Перэ, которой суждено было открыть франций. Нисколько не умаляя огромных заслуг Марии Склодовской-Кюри и Иды Ноддак, заметим, что научный успех они делили со своими мужьями Пьером Кюри и Вальтером Ноддаком, в то время как Маргерит Перэ при «рождении» Франция обошлась «без посторонней помощи».

Появления на свет элемента № 87 (а именно под этим номером значится франций в таблице элементов) химики всего мира ждали долго — без малого семь десятилетий. Дело в том, что Д. И. Менделеев, воздвигая стройное здание своей периодической системы, не всегда имел «под рукой» подходящий «строительный» материал, и поэтому многие клетки таблицы остались пустыми. Но гениальный ученый понимал, что эти пустоты — дело временное: соответствующие им «кирпичики» должны существовать в природе, но пока они ухитряются оставаться незамеченными. Менделеев не только указал будущее «местожительство» ряда элементов, но и с большой точностью предсказал физические и химические свойства этих незнакомцев.

Жизнь вскоре подтвердила блестящий прогноз ученого: в 1875 году был открыт галлий (Менделеев называл его эка-алюминием, справедливо полагая, что по свойствам он будет похож на своего соседа сверху по таблице элементов), в 1879 году-скандий (эка-бор), а в 1886 году-германий (эка-силиций).

В статье «Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств неоткрытых элементов», опубликованной в 1871 году, Менделеев писал: «Затем в десятом ряду можно ждать еще основных элементов, принадлежащих к I, II и III группам. Первый из них должен образовывать окисел R2O, второй-RO, а третий — R2O3; первый будет сходен с цезием, второй — с барием, а все их окиси должны обладать, конечно, характером самых энергичных оснований».

Шли годы, науке становились известны все новые и новые элементы, но клетка с номером 87, забронированная за эка-цезием, продолжало пустовать, несмотря на многочисленные попытки ученых ряда стран разыскать ее законного хозяина. И хотя ему удавалось ускользнуть от пытливого взора исследователей, многие его свойства, определяемые «географическим положением» в периодической системе, уже были известны науке.

Так, не вызывало сомнений, что элемент № 87 должен быть надежным хранителем щелочных «традиций», крепнущих от лития к цезию. Этим обусловливалась прежде всего его высокая реакционная способность (выше, чем у цезия), по «вине» которой он мог присутствовать в природе лишь в виде солей, обладающих большей растворимостью, чем у всех других солей щелочных металлов. Поскольку от лития к цезию падала температура плавления (от 180,5 до 28,5 °C), резонно было полагать, что эка-цезий в обычных условиях должен подобно ртути, находиться в жидком состоянии. Для щелочных металлов (кроме лития) характерна еще одна закономерность: чем больше массовое число элемента (т. е. чем ниже он расположен в периодической таблице), тем меньше его содержится в земной коре. Если учесть, что уже на долю цезия в природе приходится совсем немного атомов, то расположенный под ним элемент № 87 мог и вовсе оказаться редчайшим из редких. Наконец, радиоактивные «наклонности» его соседей справа (о которых упоминал в статье Менделеев) — открытых в конце XIX века радия и актиния позволяли утверждать, что и эка-цезий должен обладать радиоактивностью.

Свойства элемента № 87 определили два основных направления поиска: одни ученые рассчитывали найти его в минералах щелочных металлов или в богатых ими водах минеральных источников и морей; другие предпочитали вести розыск на радиоактивных тропах, надеясь найти эка-цезий среди продуктов распада соседних с ним элементов.

В 1913 году английский радиохимик Дж. Крэнстон сообщил, что он заметил у одного из изотопов актиния слабое альфа-излучение (наряду с характерным для этого изотопа бета-излучением). Ученый предполагал, что при этом может образоваться изотоп элемента № 87. Спустя год сходные результаты были получены австрийскими радиохимиками Мейером, Гессом и Панетом, обнаружившими при опытах с изотопом актиния «незваные» альфа-частицы. «Эти частицы образуются при альфа-распаде обычно бета-активного 227Ас», — писали они… «продуктом распада должен быть изотоп элемента 87». Но предположение — еще не научный факт, тем более, что для сомнений было немало оснований: во-первых, замеченное альфа-излучение было настолько слабым, что не выходило за пределы возможных погрешностей эксперимента: во-вторых, исследуемый препарат актиния вполне мог содержать примеси «проживающего» рядом протактиния, который способен излучать альфа-частицы и потому мог легко ввести ученых в заблуждение. Хотя эти исследователи, как выяснилось позднее, находились на правильном пути, до открытия элемента № 87 было еще далеко — этого события оставалось ждать ровно четверть века…

В 1925 году англичанин И. Фриенд решил отправиться в Палестину, намереваясь изучить воды Мертвого моря, богатые щелочными металлами. «Уже несколько лет назад, — писал он, — мне пришло в голову, что если эка-цезий способен к постоянному существованию, то его можно будет найти в Мертвом море». Что ж, идея эта не лишена была смысла, но сколько ни пытался ученый обнаружить рентгеноспектральным анализом хотя бы следы элемента № 87, желаемых результатов он так и не добился.

К помощи спектроскопа прибегали и многие другие исследователи: ведь именно он помог открыть рубидий и цезий — ближайших родственников элемента № 87 по щелочному семейству. Не только концентраты морских солей, но и крупицы редчайших минералов, зола грибов и пепел сигар, сожженный сахар и кости ископаемых животных — казалось бы, все потенциальные обладатели атомов эка-цезия представали перед объективом спектроскопа, но прибор всякий раз огорчал экспериментаторов.

Однако у ученых, искавших эка-цезий, были не только огорчения, но и радости, часто, правда, преждевременные: некоторые их «открытия», ярко блеснув поначалу, оказывались на поверку ошибочными и потому быстро «закрывались». Так, в 1926 году в печати, появилось сообщение английских химиков Дж. Дрюса и Ф. Лоринга о том, что они якобы наблюдали линии 87-го элемента на рентгенограммах сульфата марганца и дали ему название алкалиний. Через три года американский физик Ф. Аллисон опубликовал данные своих магнитооптических исследований, позволивших ему, как он полагал, обнаружить следы разыскиваемого элемента в редких минералах щелочных металлов — самарските, поллуците и лепидолите. В честь своего родного штата ученый предлагал назвать 87-й виргинием. В 1931 году его соотечественникам Дж. Пэпишу и Э. Вайнеру вроде бы удалось спектроскопическим методом подтвердить наличие линий виргиния в самарските, но вскоре выяснилось, что причиной появления незнакомых линий был дефект кальцитового кристалла, установленного в спектроскопе, которым пользовались ученые.

В 1937 году румынский химик Г. Хулубей заявил, что эка-цезий найден им в поллуците, и предложил именовать новый элемент молдавием. Но ни алкалинию, ни виргинию, ни молдавию не довелось занять вакантную клетку в левом нижнем углу периодической таблицы.

Продолжали поиски и сторонники радиоактивного направления. Еще в 1925 году одесский химик Д. Добросердов высказал на страницах «Украинского химического журнала» соображения о физических и химических свойствах эка-цезия, подчеркнув, в частности, что он «непременно должен быть весьма радиоактивным элементом». Но ученый при этом ошибочно предположил, что радиоактивность калия и рубидия обусловлена примесями 87-го элемента, который он предлагал назвать руссием, если честь открытия выпадет на долю русских ученых.

Годом позже интересные результаты удалось получить известным радиохимикам О. Гану (Германия) и Д. Хевеши (Венгрия). Тщательное исследование радиоактивных рядов некоторых изотопов актиния показало, что при альфа-распаде одного из них образуется изотоп эка-цезия. правда, из каждого миллиона атомов исходного вещества можно полнить лишь несколько атомов 87-го элемента.

Такова была ситуация в науке к 1938 году, когда в поиски эка-цезия включилась Маргерит Перэ — сотрудница парижского Института радия, ученица Марии Склодовской-Кюри. Прежде всего Перэ решила повторить уже к тому времени давние эксперименты Мейера, Гесса и Панета. Недаром говорят, что часто в науке «новое-это хорошо забытое старое». Подтверждением этого может служить история открытия элемента № 87.

Проделав опыты, Перэ, подобно своим предшественникам, обнаружила присутствие тех же альфа-частиц. Необходимо было доказать, что их источником являются не примеси протактиния, а актиний. Проведя поистине ювелирную очистку актиния от всех возможных примесей и «дочерних продуктов» (т. е. продуктов его радиоактивного распада), а затем исследовав полученный чистейший препарат актиния, Перэ выяснила, что изотоп этого элемента с массовым числом 227 имеет «радиоактивную вилку», или, иначе говоря, способен распадаться по двум направлениям — с излучением бета- и альфа-частиц. Правда, «зубья» у этой вилки оказались далеко не одинаковыми: лишь в 12 случаях из тысячи ядра актиния испускали альфа-частицы, во всех же остальных случаях они излучали бета-частицы (т. е. электроны), превращаясь в ядра изотопа тория. Ну, а что же происходило при альфа-излучении?

Расчет показывал, что, выбросив альфа-частицу (т. е. ядро гелия), ядро изотопа актиния «худело» ровно настолько, чтобы стать не чем иным, как ядром изотопа 87-го элемента. Действительно, в результате опытов появлялся продукт распада актиния со свойствами тяжелого щелочного радиоактивного металла. Это и был никогда прежде не зафиксированный в природе долгожданный эка-цезий, точнее, его изотоп с массовым числом 223. Так в 1939 году был открыт один из последних доурановых элементов. В честь своей родины Перэ назвала его францием.

Почему же так долго франций оставался неуловимым для ученых всего мира? Прежде всего потому, что из всех химических элементов (исключая трансурановые) франций — самый неустойчивый. Период полураспада его наиболее долгоживущего изотопа (который и был обнаружен в опытах Перэ) — всего 22 минуты. Мудрено ли, что при такой «продолжительности жизни» на Земле практически нет не только ощутимых запасов этого элемента, но и мизерных его следов? Впрочем, кое-что все же есть. Пользуясь законом радиоактивного распада, специалисты подсчитали, что из 5976 * 1018 тонн земного вещества на долю франция приходится… чуть больше 500 граммов. Вот почему найти в природе хотя бы крупицу этого элемента неизмеримо сложнее, чем отыскать иголку в стоге сена. И тем не менее сегодня ученым точно известны многие физические и химические свойства франция. Как же удалось их определить?

Для этого нужно искусственным путем получить сколько-нибудь заметные количества элемента, тщательно очистить его от всех примесей и затем в кратчайшее время провести необходимые измерения и опыты.

Первое время для выделения франция применялись различные химические методы, однако они были довольно сложны и далеки от совершенства. Ощутимых успехов удалось достичь, когда на помощь химикам пришла… физика. Создание циклотронов и развитие техники ускорения ионов позволили разработать физические методы получения франция, основанные на бомбардировке ториевых или урановых «мишеней» протонами высоких энергий. Таким путем в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне в результате пятнадцатиминутного «обстрела» одного грамма урана на синхроциклотроне было получено 5 * 10–13 граммов франция.

Всего 5 * 10–13 граммов? Если бы речь шла, допустим, о золоте, то такое его количество не стоило бы в буквальном смысле и ломаного гроша. А триллионные доли грамма Франция представляют для ученых огромную ценность, ибо позволяют заполнить многие графы в характеристике этого элемента. Разумеется, при этом невозможно экспериментально определить плотность металла или выяснить, при каких температурах он плавится и кипит, но собранная исследователями информация позволяет сделать это расчетным путем.

Разработан и другой оригинальный способ получения франция — облучение «мишеней» из свинца, таллия или золота многозарядными ионами соответственно бора, углерода или неона, ускоренными на циклотронах либо линейных ускорителях. Средневековые алхимики схватились бы за голову, узнав, что их потомки вместо того, чтобы заниматься серьезным делом, т. е. получать золото из других веществ, безрассудно «стреляют» в него какими-то частицами, стремясь превратить драгоценный металл в элемент с сомнительными свойствами. Именно эти сомнительные свойства и вынуждают ученых проводить все новые и новые эксперименты, чтобы узнать как можно больше «секретов» франция.

Как же осуществляются «алхимические» процессы XX века? Тончайшую золотую фольгу (толщиной всего несколько микрон), помещенную в кассету, облучают ускоренными ионами неона — происходит ядерная реакция, в результате чего образуется изотоп франция с массовым числом 212. После получасовой «артподготовки» кассету с фольгой доставляют в лабораторию, где в защитном шкафу с помощью манипулятора облученное золото извлекают из кассеты. Внешне фольга выглядит так же, как до опыта; на самом же деле она содержит десятки тысяч атомов франция. Скажем прямо, не густо, но современным ученым зачастую приходится иметь дело буквально с несколькими атомами вещества. Так, элемент № 101 (впоследствии названный менделевием) был открыт американскими учеными, когда у них «в руках» побывало всего 17 атомов, да и то не одновременно, а в результате примерно дюжины экспериментов (по 1–2 в каждом). Так что десятки тысяч атомов — это целый клад.

Итак, франций получен, но работа с ним только начинается: ведь его надо извлечь из золота и очистить от всех других осколков деления атомных ядер, а уж потом подвергнуть скрупулезному исследованию. Все это надо ухитриться проделать поистине с «космической» скоростью, потому что период полураспада изотопа франция, получаемого при «обстреле» золота, всего 19 минут.

Сначала фольгу растворяют в царской водке и с помощью специальных «золотоуловителей» удаляют весь драгоценный (но совершенно лишний в данной ситуации) металл. Теперь надо убедиться, что эта операция прошла успешно: электронные приборы, в основе работы которых лежит метод меченых атомов, категорически «заявляют», что в растворе нет ни одного атома золота. Но ведь еще не удалены другие примеси. Если они останутся, то исследовать франций бессмысленно, так как картина может быть искажена и ученые окажутся «обманутыми». А отпущенное время неумолимо сокращается. как шагреневая кожа…

«Обеззолоченный» раствор несколько раз прогоняют через колонку, которая заполнена веществом, жадно поглощающим все лишние продукты ядерных реакций и пропускающим лишь франций. Но вот очистка окончена. Капельку раствора помещают в углубление на тефлоновой пластинке и облучают мощным потоком инфракрасных лучей. Через несколько секунд от капли ничего не остается. Но испарился только раствор, а атомы франция должны «лежать» на пластинке. Чтобы убедиться в этом, ее вставляют в камеру чувствительного прибора, где создается вакуум, и крохотная неоновая лампочка сигнализирует о том, что франций есть. Но почему горит лишь одна из многих лампочек? Это означает, что франций чист. Если бы к нему «присоседились» инородные атомы, то загорелись бы и другие лампочки. Но, к счастью, ненужной иллюминации нет — можно приступать к химическому исследованию франция. А на эту завершающую и, пожалуй, самую ответственную стадию эксперимента отведены считанные минуты, иначе от франция останутся лишь воспоминания. Не случайно ученые в шутку называют такие опыты «химией на бегу».

За годы, прошедшие со времени открытия франция, проделано множество опытов, выполнены сотни расчетов. Сегодня науке известны основные физические и химические свойства этого элемента. Его плотность 2,5 г/см3, температура кипения примерно 620–630 °C, а вот в отношении точки плавления франция у ученых нет единой точки зрения. Дело в том, что измерить эту температуру пока что не удается, поскольку наука не в состоянии синтезировать франций в весовых количествах; иначе говоря, было бы что плавить, тогда было бы и что измерять. Правда, сегодня радиохимики умеют работать и с так называемыми субмикроскопическими количествами вещества (так, масса впервые полученного в металлическом состоянии берклия составляла всего пять миллионных долей грамма). Но и тогда результаты определения температуры плавления франция нельзя было бы считать истинными, так как чем меньше размер частиц вещества, тем ниже точка его плавления (например, частицы золота размером 0,01 микрона плавятся не при 1063 °C, как положено золоту, а лишь при 887 °C).

Поэтому искомую характеристику франция ученые получают лишь теоретически путем сопоставления свойств других щелочных металлов, выяснения существующей между ними взаимосвязи и экстраполяции, т. е. продолжения установленной графической зависимости в область, для которой нет экспериментальных данных. Но этот путь не дает столь точных результатов, как современные способы измерения температуры. Отсюда и расхождения, зависящие от того, какие теоретические предпосылки положены в основу расчета. В литературе можно встретить такие значения температуры плавления франция (в градусах Цельсия): 8, 19, 20, 27, 15–23 и т. д.

С химической точки зрения, франций — самый активный щелочной металл. Если фтор, находящийся в правом верхнем углу таблицы Менделеева, — наиболее яркий представитель неметаллов, то его антипод франций можно считать самым «металлическим» металлом.

Ну, а какую практическую пользу может принести этот неуловимый элемент? О широком применении его говорить пока рано. Однако лед тронулся. Характерное для франция излучение позволяет, например, быстро определить, есть ли в тех или иных природных объектах его «прародитель» актиний. Для медицины несомненный интерес представляет способность франция накапливаться в опухолевых тканях, причем (что особенно важно) даже на начальных стадиях заболевания. Благодаря этому элемент можно использовать для ранней диагностики саркомы. Такие опыты уже успешно проведены на крысах. Будущее несомненно раскроет и другие «способности» франция, а пока…

Эксперименты продолжаются, франций «рассказывает» о себе, ученые внимательно «слушают».

«В ГРАММ ДОБЫЧА, В ГОД ТРУДЫ» (РАДИЙ)

Повествуют легенды. — Шаг в бессмертие. — Три франка в день. — Задачи определены. — Не жарко! — Два незнакомца. — Голь на выдумку хитра. — Находка в парижском дворе. — Подарок из Богемии. — Сказочное царство. — Четыре года спустя. — «Не имею нужды в ордене…» — Торжество алхимических идей? — Любовь и обида Беккереля. — Чудесный исцелитель. — Радость старого лорда. — Ожерелья и лаборатории. — Нобелевская премия. — Гибель Пьера Кюри. — «В грамм добыча, в год труды!» — На войне, как на войне. — Сказочный ларец. — Русский радий. Мечта танцовщицы. — Черная записная книжка.

История науки хранит немало примеров того, как гениальные идеи внезапно осеняли ученых, как буквально в считанные секунды рождались великие открытия. Если верить древней легенде, однажды Архимед решил принять ванну, и пока его бренное тело занималось вытеснением жидкости, в голове великого грека уже созрел едва ли не важнейший закон гидромеханики. А вот Ньютону якобы достаточно было увидеть в саду падающее с дерева яблоко, как физика обогатилась одним из основных своих постулатов-законом всемирного тяготения…

В результате легкомысленного, а порой и обывательского «понимания» того, как открываются великие законы науки, создавались эти легенды. Но еще Ходжа Насреддин говорил: «Дичь видишь потому, что охотишься». На многих падало яблоко с дерева, но только для Ньютона оно оказалось воистину золотым. Все мысли ученого были заняты этим «будущим» законом — пока еще в предположениях и наблюдениях; вот почему маленькое яблоко стало подобно тому первому камешку в горах, который вызывает обвал. Да ведь для обвала-то надо кое-что «иметь», кроме этого первого камешка.

Порой, чтобы достичь цели, ученые трудились долгие месяцы и даже годы, проводили эксперимент за экспериментом, совершая при этом настоящий научный подвиг. И, пожалуй, самым ярким примером такого подвига может служить открытие и получение Марией Склодовской-Кюри и Пьером Кюри одного из удивительных металлов мироздания — радия. Вот почему рассказ о радии — это и рассказ о двух замечательных ученых, об их бескорыстном титаническом труде на благо науки.

…Поезд идет уже третьи сутки. Где-то далеко позади осталась родная Польша, отсчитана не одна сотня километров по земле Германии, впереди — Париж. Что ждет там скромную польскую девушку, решившую поступить в знаменитую Сорбонну? Она мечтает, закончив университет, вернуться на родину — работать учительницей физики. Ни она сама и ни один человек в мире еще не знает, что не сбудется эта робкая мечта. Судьбе угодно было распорядиться иначе: сев в этот поезд, Мария Склодовская сделала первый шаг на долгом и тернистом пути, который обессмертит ее имя, поставит его в ряд величайших имен человечества.

Всеобщее признание, слава, почет — как нескоро еще придет все это… А пока она может тратить только три франка в день — на еду, одежду, жилье, тетради, книги. Всего три франка!.. Расходы на омнибус — непозволительная роскошь: в холод и дождь Мария идет в университет пешком. Чтобы сэкономить керосин для освещения, как только начинает темнеть, она бежит в библиотеку Сен-Женевьев, где можно просидеть до закрытия — до десяти часов вечера. А потом до двух ночи при свете керосиновой лампы Мария занимается дома — в крохотной комнатушке под крышей. На протяжении многих недель дневной рацион ее — чай да хлеб с маслом, а порой — лишь пучок редиски или немного вишен.

Но вот, наконец, с блеском окончен курс Сорбонны, получены сразу два диплома — физика и математика.

В это время в одном из писем брату Мария Склодовская делится с ним мыслями: «Жизнь, как видно, не дается никому из нас легко. Ну, что же, надо иметь настойчивость, а главное — уверенность в себе. Надо верить, что ты на что-то годен и этого „что-то“ нужно достигнуть во что бы то ни стало».

Вскоре, в 1895 году, произошло событие, сыгравшее важную роль в судьбе Марии, — она стала женой уже известного в то время физика Пьера Кюри. С этого момента совместная работа стала для них смыслом жизни. До открытия радия оставалось немногим более трех лет…

Даже рождение дочери не могло помешать Марии заниматься любимым делом. Молодая женщина успевает и вести хозяйство, и ухаживать за крохотной Ирэн, и трудиться в лаборатории Пьера Кюри, в подготовительной школе физики при Сорбонне. В том же году Мария Склодовская-Кюри приступает к работе над диссертацией. Ей предстоит выбрать тему. Больше всего молодого ученого волнует открытое незадолго до этого Анри Беккерелем загадочное излучение урана и его соединений. Именно в этом направлении и решено было на семейном совете продолжать научный поиск.

С помощью созданного мужем прибора, позволявшего количественно оценивать поток таинственных лучей, Мария Кюри исследовала тысячи образцов. Работа велась в неимоверно тяжелых условиях, в сыром не приспособленном для опытов помещении, на примитивном оборудовании. В один из зимних дней в научном дневнике появилась запись, покоряющая своей педантичной точностью: «Температура 6,25 °C!!».

Но Мария Кюри трудилась с необыкновенным упорством. Тщательное изучение разнообразных материалов подтверждало правоту Беккереля, считавшего, что чистый уран обладает большей радиоактивностью, чем любое его соединение. И хотя об этом говорили результаты сотен опытов, исследованию подвергались все новые и новые вещества. И вдруг… Неожиданность! Два урановых минерала хальколит и смоляная руда Богемии — гораздо активнее действовали на прибор, чем уран. Вывод напрашивался сам собой: в них содержится какой-то неизвестный химический элемент (возможно, и не один) с еще более высокой степенью радиоактивности. По крупицам анализируя оба минерала, супруги Кюри приходят к заключению, что в них «прячутся» два незнакомца. И вот, наконец, открыт один из них. В честь Польши-родины Марии — его решено назвать полонием.

Снова за работу, снова титанический труд — и еще одна победа: обнаружен элемент, в миллион раз превосходящий по радиоактивности уран. За эту неиссякаемую способность к излучению ученые назвали его радием («радиус» по-латыни-луч). Произошло это в 1898 году.

Итак, полоний и радий открыты, но их пока никто не видел. Чтобы показать миру эти элементы, чете Кюри понадобилось еще четыре года напряженного труда, долгих четыре года…

Даже в наиболее радиоактивных продуктах присутствуют лишь следы новых элементов. Значит, для их выделения придется обработать тонны сырья! Для этого нужны средства и немалые. Где их взять?

Ученые решили обратиться к одному из австрийских физиков с просьбой помочь им приобрести по доступной цене отходы урановой руды (из нее в Богемии извлекали уран, используемый в виде солей для окрашивания стекла и фарфора).

Тем временем нужно подыскать подходящее помещение: та небольшая мастерская, где начинались поиски неведомого элемента, слишком уж тесна для предстоящей работы. Руководство Сорбонны «не видит возможности» помочь ученым. В соседнем дворе они находят старый заброшенный сарай, у которого имелось одно весьма сомнительное достоинство: он был настолько плох, что на него не зарился никто другой. «Хоромы» поступают в полное распоряжение Пьера и Марии Кюри.

Дощатые стены, асфальт вместо пола, стеклянная крыша, протекавшая во время дождя, несколько грубо сколоченных столов, печка с проржавевшей трубой да классная доска — вот «штрихи к портрету» той лаборатории, где ученым предстояло провести не один год, прежде чем они добьются своей цели — выделят крупицы лучезарного радия. «Но как раз в этом никудышном, старом сарае прошли лучшие и счастливейшие годы нашей жизни, всецело посвященные работе», — скажет впоследствии М. Кюри.

Пока супруги осваивали свои новые владения, пришли добрые вести из Австрии: по ходатайству Венской академии наук австрийское правительство дало указание директору рудника отправить в Париж несколько тонн отходов урановой руды.

Вскоре, в одно прекрасное утро (если бы шел проливной дождь с градом и ветер срывал с домов крыши, все равно это утро показалось бы Марии и Пьеру прекрасным), к зданию, где помещалась школа физики, подошла конная повозка и рабочие начали выгружать мешки. Мария не может скрыть свою радость: она стала обладательницей несметных сокровищ! Ведь в этих мешках содержится не просто бурая порода, похожая на дорожную пыль, — здесь таится ее радий. Проще, правда, найти иголку в стоге сена, чем добыть хотя бы крупицы этого металла. И все же — за работу, сейчас же, немедленно…

Первое время супруги совместно трудятся над химическим выделением радия и полония. Однако постепенно они приходят к выводу, что целесообразно разделить «обязанности»: Мария продолжает обработку руд, чтобы получить чистые соли радия, Пьер ставит тонкие опыты по уточнению свойств нового металла.

В сарае нет вытяжных шкафов, а при работе выделяются вредные газы, поэтому Марию чаще можно было увидеть во дворе, окруженную клубами дыма. Зимой же и в непогоду она трудилась в сарае, при открытых окнах. «Мне приходилось обрабатывать в день до двадцати килограммов исходного вещества, — вспоминала М. Кюри, — и в результате весь наш сарай был заставлен большими сосудами с осадками и растворами; это был изнурительный труд — переносить мешки, сосуды, переливать жидкости и часами перемешивать железным прутом кипящую массу в чугунном котле». (Когда впоследствии кто-то назовет в присутствии М. Кюри ее деятельность подвижничеством, она возразит: «Какое это подвижничество, господа, когда все это было так интересно!»)

Иногда ученые на несколько минут отрываются от приборов и склянок и начинают мечтать о том дне, когда они увидят, наконец, свой радий. «Пьер, ты каким представляешь его себе?» «Видишь ли, Мари, мне бы хотелось, чтобы у него был красивый цвет». К великому восторгу обоих через несколько месяцев они обнаруживают, что у радия есть нечто большее, чем красивый цвет: он постоянно излучает свет! По вечерам радий словно манит их к себе. Когда темнеет, Пьер и Мари возвращаются в сарай, где повсюду — на столах, на полках — расставлены стеклянные банки и пробирки с веществами, обогащенными радием. И старый дощатый сарай превращается в сказочное Царство Радия. Во тьме его, куда ни глянешь, мерцают чудесные зеленовато-голубоватые огни, как бы висящие в темноте. Бледное сияние озаряет прекрасные взволнованные лица ученых…

Шли дни, недели, месяцы, но радий упорно отказывался знакомиться с людьми. Стоит ли этому удивляться? Ведь условия, в которых находились физики, отнюдь не способствовали решению стоявшей перед ними сложнейшей химической задачи. Пьер даже предложил приостановить работу, заняться теоретическими исследованиями и дожидаться лучших времен — тогда успеха можно будет добиться с меньшими затратами сил. Но даже авторитет мужа не в состоянии поколебать решимость Мари. И Пьер соглашается с ней.

Самозабвенный труд приносит наконец плоды: в 1902 году, спустя четыре долгих года с того дня, когда супруги Кюри объявили о вероятном существовании радия, Мари удается выделить крупицу чистого хлористого радия, который давал ясный спектр нового элемента. Всего десятая доля грамма, но она приносит радию уже официальное признание.

И снова за дело — ведь теперь можно ближе познакомиться с этим необыкновенным элементом, выяснить, чем он может быть полезен людям. Для этого, как воздух, нужны средства, а семья Кюри, несмотря на блестящие научные достижения, продолжает едва сводить концы с концами.

Ученые мечтают о новой лаборатории, где они смогли бы развернуть большие опыты с радием, но судьба не торопится воплотить их мечту в жизнь. Примерно в это время начальство П. Кюри решило представить его к награде орденом Почетного легиона. Однако в записке, адресованной декану факультета, Пьер писал: «Прошу Вас, будьте любезны передать господину министру мою благодарность и осведомить его, что не имею никакой нужды в ордене, но весьма нуждаюсь в лаборатории».

Даже в тех условиях, которые, мягко выражаясь, оставляли желать лучшего, ученым удавалось узнавать все новые и новые подробности о радии. Оказалось, например, что он испускает не только лучи: каждый грамм этого металла выделяет в час теплоту, достаточную, чтобы растопить такое же количество льда.

А всего за время своего существования (постепенно весь радий распадается, превращаясь в другие элементы) один грамм радия выделит столько теплоты, сколько образуется, например, при сжигании полтонны каменного угля, но на это потребуется немногим меньше… 20 тысяч лет.

Если в стеклянную трубку поместить маленькую щепотку солей радия и запаять ее, а спустя несколько дней перекачать воздух из нее в другую герметичную трубку, то она начнет светиться в темноте зеленовато-голубым светом — точно так же, как и радиевая соль. Большой интерес к этому явлению проявили английские ученые Эрнст Резерфорд, Фредерик Содди, Уильям Рамзай. Сначала было установлено, что свечение объясняется образованием нового газообразного радиоактивного вещества, рожденного из радия. Вслед за тем, в 1903 году, удалось обнаружить, что превращение радия в эманацию (так первое время именовался новый газ, названный позднее радоном) сопровождается появлением уже известного тогда газа гелия. Работы английских ученых положили начало теории радиоактивных превращений элементов (кстати, сам радий образуется в результате распада урана — именно поэтому он впервые дал о себе знать, когда исследовались урановые минералы).

Один элемент самопроизвольно превращается в другой — как тут не вспомнить средневековых алхимиков, стремившихся получить золото из других металлов. Значит, не так уж и плоха была в принципе эта идея. Но скольким умам еще предстояло родиться, прежде чем мир узнал о том, что подобные чудеса возможны, понял, почему они происходят, научился их совершать!

Во Франции же изучение радия пошло в несколько ином направлении: им всерьез заинтересовались… врачи. Было обнаружено еще одно свойство этого элемента: его излучение вызывало ожоги человеческого тела. Пьер Кюри добровольно подверг свою руку действию радия в течение нескольких часов — кожа сначала покраснела, затем образовалась рана, на лечение которой ушло более двух месяцев. Анри Беккерель также обжегся радием, хоть и не по своей охоте: проносив некоторое время в кармане жилета пробирку с солью радия, он ощутил вдруг сильное жжение. Рассказывая об этом супругам Кюри, Беккерель воскликнул: «Я люблю радий, но я на него в обиде».

П. Кюри вместе с врачами проводит ряд опытов по облучению животных. Результаты ошеломляющие: разрушая больные клетки, радий помогает излечить рак кожи — болезнь, против которой медицина всегда была бессильна. Вскоре уже многие парижские больные узнают чудодейственную силу радиотерапии.

Первое время супруги Кюри обеспечивают врачей пробирками с эманацией радия, но новый вид лечения находит все больше сторонников, и скромная лаборатория физиков уже не может удовлетворить спрос на радиевые препараты.

Лечебные свойства радия привлекают внимание промышленников. Из Америки в адрес Кюри приходит письмо: в Буффало намечено строительство радиевого завода, и американские технологи просят ученых дать им сведения, необходимые для разработки проекта. Супруги могут, запатентовав свои идеи и закрепив таким образом право на промышленную добычу радия, извлечь из этого большую материальную выгоду. Им очень нужны деньги, но истинные ученые не считают себя собственниками радия — их детище принадлежит всем людям. В Буффало отправлено письмо с подробными указаниями, как извлекать радий из руд. Чем скорее начнет работать завод, тем больше людей исцелит радий. Это для Кюри дороже любых денег.

Завод по производству радия для медицинских целей сооружается и в Европе его строит французский промышленник Арме де Лиль. Человек образованный и прогрессивный, он начинает издавать на свои средства научный журнал «Радий», посвященный вопросам радиоактивности.

Однако этому предшествовали события, сыгравшие большую роль в жизни супругов Кюри. 1903 год стал для них во многом переломным. В июне Мари с успехом защищает докторскую диссертацию. Летом того же года Лондонское королевское общество приглашает Пьера сделать доклад о радии. Прибывших в Англию супругов ждет восторженный прием. Их радушно встречает лорд Кельвин. Ученый, имя которого известно всему миру, гордится своей дружбой с замечательными французскими физиками. Кюри дарят ему стеклянную ампулу с радием, и великий старец с юношеским восторгом показывает этот бесценный подарок своим коллегам.

На докладе П. Кюри присутствует весь цвет английской науки. Пьер демонстрирует поразительные «способности» радия: волшебные силы, которые таятся в этом элементе, заставляют светиться экран, пропитанный раствором сернокислого цинка, действуют на завернутые в черную бумагу фотопластинки, разряжают на расстоянии электроскоп, согревают окружающий воздух.

Успех превзошел все ожидания. «Профессор и мадам Кюри» оказались в центре внимания аристократического Лондона. В их честь устроен блестящий банкет, где собралась столичная знать. Скромно одетые супруги Кюри, не привыкшие к таким приемам, чувствуют себя стесненно. Мари, у которой нет даже обручального кольца, с неподдельным интересом рассматривает сверкающие драгоценности, украшавшие светских дам. Она переводит взгляд на мужа и видит, что он… тоже с любопытством разглядывает роскошные бриллианты, жемчуг, золото — но это так не похоже на него. Все стало ясно после банкета, когда ученые оказались наконец одни. «Не зная, чем заняться, — поведал Пьер, — я придумал себе развлечение: стал высчитывать, сколько лабораторий можно построить за камни, обвивающие шею каждой из присутствующих дам. К концу обеда я выстроил астрономическое число лабораторий!»

Вскоре Лондонское королевское общество присудило супругам Кюри золотую медаль Дэви, а в ноябре того же 1903 года вместе с Анри Беккерелем они были удостоены высшей награды, которой отмечается труд ученых. — Нобелевской премии. Мари стала первой женщиной — лауреатом премии Нобеля. (Спустя восемь лет ее второй раз удостоят этой чести — на этот раз за работы в области химии — и на протяжении более полувека она будет единственным в мире дважды лауреатом Нобелевской премии.).

Слава, признание, возможность работать в отличных лабораториях — все это пришло теперь к супругам Кюри. Но радость их была недолгой: в 1906 году, попав под колеса ломовой телеги, гибнет Пьер Кюри. Горе, обрушившееся на Мари, безмерно. Она пытается найти хоть какое-то утешение в работе — той работе, которой ее Пьер посвятил свою жизнь.

В 1910 году Мария Кюри вместе с верным другом их семьи известным химиком Андре Дебьерном добивается крупнейшего научного успеха: им впервые в мире удается выделить чистый радий (получаемый до этого в лабораторных и промышленных условиях «радий» на самом деле представлял собой хлористую или бромистую соль этого элемента).

Выделение радия — одна из самых тонких и сложных операций, которые знает химия. Еще бы: ведь чтобы получить один грамм радия нужно переработать десятки тонн урановой руды (каждая тонна содержит лишь доли грамма этого элемента), израсходовать при этом 500 тонн различных реактивов, 10 тысяч тонн угля и столько же дистиллированной воды! «В грамм добыча, в год труды!» — точнее не скажешь. Удивительно ли, что в 1912 году один грамм радия, на вид мало чем отличающегося от большинства металлов, оценивался чуть ли не в полмиллиона золотых рублей. Так дорого никогда не стоило еще ни одно вещество. Уж тут не скажешь, что радий был «на вес золота»: за эту лучистую крупицу пришлось бы отвалить не один десяток пудов золота!

В 1914 году сбылось то, о чем не раз мечтали супруги Кюри: в Париже, на улице Пьера Кюри, завершилось строительство Института радия. Казалось бы, теперь Мари может с головой окунуться в любимую работу. Однако в научные планы врывается война. Мария считает, что она не вправе заниматься в тиши кабинетов научной деятельностью, когда рвутся снаряды и гибнут люди. Нет, она должна быть там, в гуще событий.

С той же энергией, с какой она в свое время обрабатывала тонны руды, Мария Кюри берется за решение труднейшей задачи военного времени: организовать рентгеновское обследование раненых не только в тыловых госпиталях, но и в полевых условиях. На средства Союза женщин Франции она создает первый «радиологический автомобиль». Затем другой, третий, десятый, двадцатый… Эти машины, шутливо прозванные на фронте «кюричками», появляются всюду, где идут ожесточенные бои. Мари и сама с утра до вечера обследует раненых. Порой она забывает о завтраке или обеде, спит, где придется — в комнатушке медсестры, в походной палатке, а то и под открытым небом.

Но вот вновь наступает мир и Мари возвращается в опустевшее здание Института радия. Сколько мыслей, идей, планов можно теперь осуществить. Однако чтобы широко развернуть научную работу, нужен радий, а его в распоряжении Кюри так мало — чуть больше грамма.

В один из весенних дней 1920 года Институт радия посетила известная американская журналистка миссис Мелони. «Если бы вы имели возможность наметить себе во всем мире вещь, самую желанную для вас, то что вы выбрали бы?» спросила она у Марии Кюри. «Мне был бы нужен один грамм радия для продолжения моих исследований, но купить его я не могу. Радий мне не по средствам».

Миссис Мелони горит желанием помочь М. Кюри, но и у нее нет необходимых для этого ста тысяч долларов. У журналистки возникает смелый проект: пусть ее соотечественники подарят мадам Кюри грамм радия. По возвращении в Нью-Йорк она развивает бурную деятельность: создает специальный Комитет, организует во всех городах Америки национальную подписку в «Фонд радия Марии Кюри». Не проходит и года, как в Париж летит радостная весть: «Деньги собраны, радий — ваш!» Мари отправляется в США и 20 мая 1921 года в Вашингтоне президент Гардинг дарит ей грамм радия или, точнее, его символ — изготовленный для этой цели, окованный свинцом ларец для хранения пробирок с радием. Сам же радий, полученный на заводе в Питтсбурге, будет затем доставлен во Францию. Президент вручает Мари пергаментный свиток, перевязанный трехцветной лентой, и надевает ей на шею муаровую ленту с маленьким золотым ключиком от ларца.

Накануне торжества миссис Мелони решила согласовать с Кюри текст дарственного свитка. Прочтя его, Мари решительно возразила: «Надо изменить этот акт. Радий, который дарит Америка мне, должен навсегда принадлежать науке. Пока я жива, я буду пользоваться им только для научных работ. Но если оставить акт в такой форме, то после моей смерти подаренный мне радий окажется наследственной собственностью частных лиц — моих дочерей. Это недопустимо. Я хочу подарить его моей лаборатории». Пришлось вносить в акт соответствующие коррективы.

Научный интерес к радию наблюдался во многих странах. Еще при жизни Марии Кюри радиевые институты начали работать в Вене, Варшаве. В начале 1922 года Радиевый институт во главе с академиком В. И. Вернадским был создан в Петрограде. Уже вскоре, выступая на заседании Российской Академии наук, Вернадский сказал: «Я счастлив сообщить Академии, что в этом году сотрудникам Радиевого института под непосредственным руководством В. Г. Хлопина удалось получить из русской руды первые пробы радия…Радий получен из ферганской руды… Удалось наладить работу и на заводе (имелся в виду пробный радиевый завод на Каме — С. В.) не на бумаге, а в действительности, и сейчас первый радий в России получен из новой руды по новым приемам».

К 1916 году в мире было получено лишь 48 граммов радия, к 1927 году насчитывалось около 340 граммов. Да и сейчас общее количество этого металла, добытое во всех странах мира, едва ли превышает 3 килограмма. Впрочем, это вполне объяснимо: и в научных лабораториях, и в медицинских учреждениях, и в промышленности применяют не чистый радий, а его соединения. Производство их намного проще, и стоят они поэтому неизмеримо дешевле чистого металла.

Силы радия настолько велики, что даже ничтожные количества его солей, добавленные к специальным краскам, заставляют их светиться практически вечно. Такие краски долгое время наносили на стрелки авиационных приборов, компасов и часов, чтобы ими можно было пользоваться в темноте, например в условиях долгой полярной ночи.

Любопытно, что мысль использовать радий в «осветительных» целях пришла впервые известной американской танцовщице Лои Фуллер — произошло это в самом начале нашего века. Прочитав как-то в газете, что радий излучает свет, она решила сделать танцевальный костюм в виде крыльев бабочки, которые мерцали бы в темноте, изумляя публику. Лои обратилась к супругам Кюри с просьбой помочь ей. Но ученым пришлось огорчить актрису: ее проект был совершенно нереален. В таких количествах, которые потребовались бы на «крылышки», радий представлял бы большую опасность для жизни самой танцовщицы. Да-да, тот самый радий, который играет роль чудесного исцелителя, может оказаться для человека губительным, если его концентрация окажется выше допустимой.

А какова же эта допустимая концентрация? Всего 10 миллиграммов на один кубический километр воздуха! Вот почему при работе с радием нужно соблюдать чрезвычайную осторожность. По этой же причине в последнее время во всех областях науки и техники радий вытесняется менее опасными и значительно более дешевыми искусственными радиоактивными элементами.

…В 1958 году в Брюсселе посетители Всемирной выставки с волнением рассматривали внешне малопримечательный экспонат. Под стеклом лежала раскрытая на случайной странице небольшая записная книжка в черном коленкоровом переплете — лабораторный дневник Марии и Пьера Кюри. Рядом с книжкой находился счетчик радиоактивности, соединенный с громкоговорителем. Он ритмично пощелкивал, свидетельствуя о том, что страницы дневника ни на секунду не прекращают испускать радиоактивные лучи: более полувека назад капли раствора, содержавшего соли радия, случайно упали на бумагу.

Уже давно нет в живых тех, кто тщательно вел когда-то этот дневник, уже давно пожелтели и стали ветхими его листки, но мы слышим сигналы именно того радия, что был рожден в старом сарае одного из парижских дворов. Пройдет еще много столетий, и рано или поздно эти следы радия перестанут существовать, но даже время не в силах будет стереть в памяти благодарного человечества имена замечательных ученых, совершивших одно из величайших научных открытий.

Примечания

1

Подробнее об этом рассказано в очерке о рубидии «Злой джин»

(обратно)

Оглавление

ВЫ ПРОЧТЕТЕ:

ОБ ЭТОЙ КНИГЕ

ТРИУМФ ВЕЛИКОГО ЗАКОНА (ГАЛЛИЙ)

«ЗЛОЙ ДЖИН» (РУБИДИЙ)

ТАЙНА БЕНГАЛЬСКИХ ЖРЕЦОВ (СТРОНЦИЙ)

НАХОДКА В ЗАБРОШЕННОМ КАРЬЕРЕ (ИТТРИЙ)

ВОЗРОЖДЕННЫЙ «ДИНОЗАВР» (ТЕХНЕЦИЙ)

ШУТКА АНГЛИЙСКОГО УЧЕНОГО (ПАЛЛАДИЙ)

ПО ИМЕНИ ФИНИКИЙЦА КАДМА (КАДМИЙ)

ТЕЗКА СТРАНЫ ЧУДЕС (ИНДИЙ)

СЛУЧАЙ В ШТАЛЬГАУЗЕНСКОМ МОНАСТЫРЕ (СУРЬМА)

ДВЕ ГОЛУБЫЕ НЕЗНАКОМКИ (ЦЕЗИЙ)

УДАЧА САПОЖНИКА ИЗ БОЛОНЬИ (БАРИЙ)

«ЖИЛ ЭЛЕМЕНТ РАССЕЯННЫЙ»… (ГАФНИЙ)

СЕКРЕТ СТАРЫХ ОТВАЛОВ (РЕНИЙ)

«ОБИДА» БЛАГОРОДНОГО МЕТАЛЛА (ОСМИЙ)

ВСЕ ЦВЕТА РАДУГИ (ИРИДИЙ)

«МОЛОДАЯ ЗЕЛЕНАЯ ВЕТВЬ» (ТАЛЛИЙ)

«КОМАНДИРОВКА» В КОСМОС (ВИСМУТ)

РЕДЧАЙШИЙ ИЗ РЕДКИХ (ФРАНЦИЙ)

«В ГРАММ ДОБЫЧА, В ГОД ТРУДЫ» (РАДИЙ) . .

Венецкий Сергей » О редких и рассеянных. Рассказы о металлах — читать книгу онлайн бесплатно

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 аккуратности и долгое время ставило этого кассира в пример другим. Каждое утро он бережно доставал из ящика стола свою суконку, а когда кончался рабочий день, тщательно скатывал ее и прятал в стол. По субботам кассир уносил ее домой, а в понедельник приносил новый кусок материи. Так продолжалось до тех пор, пока прислуга кассира не проболталась, что каждую субботу он кладет суконку на сковороду и сжигает. Частицы золота, застрявшие за неделю в ворсинках, плавились и превращались в крохотный слиточек драгоценного металла.

Одно из самых важных свойств золота — его исключительно высокая химическая стойкость. На него не действуют ни кислоты, ни щелочи. Лишь грозная царская водка (смесь азотной и соляной кислот) способна растворить золото. Этим обстоятельством воспользовался однажды известный датский физик лауреат Нобелевской премии Нильс Бор. В 1943 году, спасаясь от гитлеровских оккупантов, он вынужден был покинуть Копенгаген. Но у него хранились две золотые Нобелевские медали его коллег — немецких физиков-антифашистов Джеймса Франка и Макса фон Лауэ (медаль самого Бора была вывезена из Дании раньше). Не рискуя взять медали с собой, ученый растворил их в царской водке и поставил ничем не примечательную бутылку подальше на полку, где пылилось много таких же бутылок и пузырьков с различными жидкостями. Вернувшись после войны в свою лабораторию. Бор прежде всего нашел драгоценную бутылку. По его просьбе сотрудники выделили из раствора золото и заново изготовили обе медали.

Золото часто называют «царем металлов», окружают ореолом славы, ценят и почитают. И тем не менее судьба его незавидна: ведь золото — вечный узник. В самом деле, едва только добытое из недр земли золото поступает в руки человека, как он вновь отправляет драгоценный металл в заточенье — в неприступные сейфы, бронированные подвалы, бетонированные подземелья. Вот что представляет собой, например, Форт-Нокс, где за несколькими рядами колючей проволоки, несущей электрический ток напряжением 5 тысяч вольт, находятся основные золотые запасы США. Дальние подступы к форту охраняются десятью сторожевыми башнями, снабженными совершеннейшей радиоэлектронной аппаратурой наблюдения. Установленные в башнях пулеметы и скорострельные пушки автоматически наводятся на цель. Форт разделен на секторы, имеющие затопляемые отсеки. Все помещения форта могут быть за несколько минут заполнены ядовитым газом, способным быстро уничтожить все живое. В самом центре форта в специальном железобетонном блоке, герметически закрытом двадцатитонной дверью с хитроумными замками, хранится золото Америки. Электронные глаза ни на мгновенье не смыкают век. Над фортом постоянно патрулируют вертолеты. Такой охраны не удостаивается ни один другой узник в мире.

Сравнительно небольшая часть добываемого золота идет в наши дни на изготовление ювелирных изделий и зубных протезов. Любопытно, что в роли протезов золото выступало еще в глубокой древности: в одном из захоронений в пирамиде египетского фараона Хефрена в начале 50-х годов ученые обнаружили мумию, три зуба которой были скреплены золотой проволокой. Этот стоматологический мост насчитывает четыре с половиной тысячелетия. Использовали золото и древние хирурги. Так, при раскопках, проведенных в Южной Америке, археологи нашли череп вождя инков. Находка весьма заинтересовала медиков, поскольку в свое время знатный «владелец» этого черепа подвергся хирургической операции: на черепе сохранились следы мастерски выполненной трепанации, причем образовавшееся на костной ткани отверстие древний хирург аккуратно закрыл тонкой пластинкой из золота.

До недавнего времени на технические нужды расходовалось немногим больше золота, чем на зубопротезные работы. В последние годы промышленность начала проявлять к золоту повышенный интерес. Все больше и больше желтого металла в качестве материала для транзисторов и диодов поглощает электроника. Из сплавов золота с платиной делают детали оборудования для получения синтетического волокна, которые по условиям производства должны обладать исключительной стойкостью к воздействию химических веществ.

В вакуумной технике используют технически чистое золото, которое при больших разрежениях прочно «прилипает» к находящейся с ним в контакте меди. Молекулы одного металла способны проникать в другой, причем взаимная диффузия идет при температурах, значительно более низких, чем температуры плавления каждого из этих металлов или любого их сплава. Образующиеся в результате такого обмена довольно прочные соединения называются в технике «золотыми печатями».

Из золота делают уплотняющие кольца и шайбы для ответственных узлов ускорителей заряженных частиц, им паяют различные стыки на камере и трубах ускорителей. Золото надежно запирает все лазейки воздуха, благодаря чему в установке удерживается необычайно высокий вакуум — в миллиарды раз меньше атмосферного давления. А чем больше разрежение в камере, тем дольше «живут» в ней элементарные частицы.

К помощи золота вынуждены были прибегнуть инженеры, осуществившие в середине 50-х годов прокладку телефонного кабеля через Атлантический океан. Если телеграммы между Америкой и Европой курсируют уже более ста лет, то телефонные трансатлантические разговоры до недавнего времени казались несбыточной мечтой. Главная трудность заключалась в том, что ток, идущий по телефонному кабелю, быстро ослабевает. Как же этого избежать? Помочь могли усилители, которые, располагаясь на некотором расстоянии один от другого на всем протяжении кабеля, поддерживали бы силу тока. А чтобы защитить эти приборы от губительного воздействия морской воды, многие детали их предложено было покрыть золотом. Так удалось решить сложную техническую проблему, и в 1956 году состоялся первый в истории телефонный разговор через Атлантику.

Нет сомнения, что золото внесет весомый вклад и в освоение космического пространства. В частности, английские искусственные спутники «Просперо» и «Ариэль», предназначенные для исследования ионосферы, были «не простыми, а золотыми»: они были покрыты тончайшим слоем золота. Дело в том, что «царь металлов» обеспечивает эффективное терморегулирование наружной обшивки спутников, не окисляется, хорошо пропускает ионы и другие заряженные частицы, предотвращая тем самым их скопление, могущее привести к каким-либо незапланированным «ЧП». Около 41 килограмма золота было израсходовано на изготовление деталей американского космического корабля «Колумбия».

Потребность промышленности в золоте растет из года в год. Возможно, рано или поздно этот ценнейший металл расстанется со стальными сейфами и перейдет на заводы и в лаборатории, где для него всегда найдется интересная работа.

«Серебряная вода»

Исключение из правил. — Дальние родственники. — Молоток из ртути. — На удивление штангистам. — Почему Иван Грозный был грозным? — В роли свидетеля. — Хобби английского короля. — Трагедия на «Триумфе». — Законом запрещены. — Реноме восстановлено. — Рим покупает ртуть. — «Проделки» Чингисхана. — Надпись во дворце Ахеменидов. — Модное увлечение. — Монархи строят лаборатории. — Фокусы средневековых шарлатанов. — Возможны варианты. — Подпольные эксперименты. — Под горячую руку. — Изворотливый Меркурий. — Творение Монферрана. — Радость преждевременна. — Зеленая губная помада. — Что творится вблизи нуля? — Фердинанд II рекомендует спирт. — Трудные испытания. — Путевка в жизнь.

Более двухсот лет назад М.В. Ломоносов дал простое и ясное определение понятия «металл». Он писал: «Металлы — тела твердые, ковкие, блестящие». И действительно, железо, алюминий, медь, золото, серебро, свинец, олово и другие металлы, с которыми нам приходится сталкиваться, полностью соответствуют такой формулировке. Но ведь недаром говорят, что нет правил без исключений. В природе имеется приблизительно восемьдесят металлов, и только один из них при обычных условиях находится в жидком состоянии. Вы, разумеется, догадались, что речь идет о ртути.

На примере ртути и ее антипода вольфрама можно убедиться в том, как широк диапазон свойств металлов. Если вольфрам плавится при 3410 °C (для сравнения укажем, что температура пламени в рабочем пространстве мартеновской печи даже в фокусе горения не превышает 2000 °C), то ртуть при лютом морозе продолжает оставаться жидкой, затвердевая лишь при —38,9 °C. Как видите, хотя ртуть и вольфрам принадлежат к одной большой семье металлов, иначе как дальними родственниками их не назовешь.

Впервые ртуть была заморожена в 1759 году. В твердом состоянии она представляет собой серебристо-синеватый металл, напоминающий по внешнему виду свинец. Если ртуть налить в форму, имеющую очертания молотка, а затем быстро охладить до затвердевания, например, жидким воздухом, то ртутным молотком можно с успехом забить гвоздь в доску, но при этом нужно торопиться, поскольку такой инструмент весьма недолговечен и может растаять на глазах.

Ртуть — самая тяжелая из всех известных жидкостей: ее плотность 13,6 грамма на кубический сантиметр. Это значит, что литровая бутылка ртути весит больше, чем ведро с водой. Если бы какому-нибудь штангисту пришлось опустить свою стальную штангу не на помост, а в резервуар с ртутью, то этот тяжелейший снаряд не утонул бы в ней, а остался бы покачиваться на поверхности жидкого металла, как пробка в воде: ведь железо значительно легче ртути.

Человек знаком со ртутью с доисторических времен. Она упоминается в трудах Аристотеля, Теофраста, Плиния Старшего, Витрувия и других древних ученых. Латинское название этого металла «гидраргирум», которое дал ртути греческий врач Диоскорид, живший в I веке н. э., означает в переводе «серебряная вода». В том, что именно врач имел в те времена дело со ртутью, нет ничего удивительного: еще в древности были хорошо известны ее лекарственные свойства. Правда, порой применение ртути в лечебных целях носило весьма оригинальный характер. В литературе описаны, например, случаи, когда при завороте кишок больному вливали в желудок некоторое количество ртути (200–250 граммов). По мнению древних эскулапов, предлагавших такой способ лечения, ртуть благодаря своей тяжести и подвижности должна была пропутешествовать по хитросплетениям кишок и расправить своей тяжестью их перекрутившиеся части. Можно представить, к каким результатам приводили подобные эксперименты.

В наши дни заворот кишок устраняют другими, более надежными способами, но различные соединения ртути и сейчас широко применяют в медицине: так, сулема обладает дезинфицирующими свойствами; каломель служит слабительным; меркузал используют как мочегонное средство; некоторые ртутные мази употребляют при кожных и других заболеваниях.

Однако ртуть может оказывать на организм не только целительное, но и губительное воздействие: многие соединения и пары этого элемента вызывают порой острое отравление либо постепенно разрушают здоровье и психику человека. Медики установили, что ртутная интоксикация обычно приводит к неоправданным вспышкам гнева. Это дало повод историкам выдвинуть следующую гипотезу: поскольку царь Иван Грозный, мучившийся болями в суставах, долгое время пользовался ртутными мазями, именно они-то и были’ причиной его необузданной вспыльчивости, частых гневных приступов, в один из которых царь убил своего сына. Симптомы ртутного отравления проявлялись и в других особенностях самодержца — постоянных галлюцинациях, мнительности, не покидавшем его ощущении близкой беды. Паталогоанатомическое исследование царских останков подтвердило правомерность такой точки зрения: в костях оказалось повышенное содержание ртути.

Ртуть сыграла роковую роль в судьбе и других европейских монархов. В XVI веке Швецией правил король Эрих XIV. В 1568 году он был свергнут с престола своим братом Иоанном III, стремившимся захватить власть любой ценой. В некоторых исторических документах, дошедших до наших дней, содержатся намеки на то, что Эрих XIV был отравлен. Шведские ученые решили проверить, так ли это. Но каким образом воссоздать картину событий, происшедших более четырех столетий назад? Благодаря современным методам анализа, основанным на достижениях ядерной физики, невозможное стало возможным. Поскольку останки короля сохранились, его волосы подвергли тщательному исследованию. И что же выяснилось? Содержание ртути в волосах значительно превышало норму и, таким образом, версия об отравлении Эриха XIV получила убедительное научное подтверждение.

Как установили историки, изучавшие архивы XVII века, ртутное отравление было причиной смерти и английского короля Карла II из династии Стюартов. Правда, в этом случае виноват был сам пострадавший. Увлекшись алхимическими идеями, король оборудовал при дворе лабораторию, где проводил все свободное от государственных дел и охоты время, прокаливая и перегоняя ртуть, пользовавшуюся у алхимиков большой популярностью. Ученым удалось найти документы, в которых описывались симптомы болезни Карла II: раздражительность, судороги, хроническая уремия. Эти недуги вызываются длительным воздействием ртутных паров. Спасти короля не удалось, хотя придворные исцелители перепробовали все самые надежные средства тогдашней медицины: кровопускание, хинин и даже прикладывание к голове горячих утюгов.

Известен и такой факт: в 1810 году на английском корабле «Триумф» более двухсот человек отравились ртутью, вылившейся из бочки.

Не удивительно, что в СССР и многих других странах некоторые производства, связанные с применением ртути и ее соединений, например изготовление ртутных красок, категорически запрещены законом. В тех случаях, когда без ртути не обойтись, проводят различные профилактические мероприятия, которые предохраняют здоровье рабочих от ее вредного воздействия.

Природа не богата ртутью. Иногда она встречается в самородном состоянии — в виде мельчайших капелек. Основной ртутный минерал — киноварь. Это красивый камень, словно покрытый алыми пятнами крови. С киноварью связан любопытный эпизод. Вы уже знаете, что в последнее время геологи проводят эксперименты по использованию собак для поисков полезных ископаемых. Когда группа овчарок прошла курс обучения, им устроили нечто вроде экзамена: среди многих образцов они должны были найти киноварь. Собаки быстро обнаруживали этот минерал, но не успокаивались на достигнутом: все они, словно сговорившись, принимали за киноварь еще и розовый кальцит. Геологи сначала снисходительно посмеивались, но затем решили выяснить причину этой общей ошибки экзаменующихся. И что же оказалось? Внутри розового кальцита находились вкрапления киновари — реноме четвероногих «геологов» было восстановлено.

Крупнейшее в мире ртутное месторождение Альмаден находится в Испании, на долю которой до недавнего времени приходилось около 80 % мировой добычи ртути. Плиний Старший упоминает в своих сочинениях, что Рим закупал в Испании ежегодно несколько тонн ртути.

Одно из старейших в нашей стране ртутных месторождений — Никитовское — находится в Донбассе. Здесь на различной глубине (до 20 метров) обнаружены древние горные выработки, в которых можно было найти и орудия труда — каменные молотки.

Еще более древний рудник Хайдаркан («Великий рудник») расположен в Ферганской долине (Киргизия), где также сохранились многочисленные следы древних работ: крупные выработки, металлические клинья, светильники, глиняные реторты для обжига киновари, большие отвалы образующихся при этом огарков. Археологические раскопки показывают, что в Ферганской долине ртуть добывали на протяжении многих столетий и лишь в XIII–XIV веках, после того, как Чингисхан и его преемники уничтожили здесь ремесленно-торговые центры, а население перешло на кочевой образ жизни, добыча руды в Фергане была прекращена.

В Средней Азии разрабатывались и другие месторождения ртути. Так, например, надписи во дворце древнеперсидских царей Ахеменидов (VI–IV века до н. э.) в Сузах говорят о том, что киноварь, которую в те времена использовали главным образом как краситель, доставляли сюда с Зеравшанских гор, расположенных на территории современных республик Таджикистана и Узбекистана. По-видимому, ртуть добывали здесь еще в середине первого тысячелетия до н. э.

Тяжелым и вредным был раньше труд горняков. У Киплинга есть такие строки: «Я худшую смерть предпочту работе на ртутных рудниках, где крошатся зубы во рту…». До сих пор в лабиринтах горных выработок, где в древности добывали ртуть, можно встретить множество скелетов. Дорогой ценой — тысячами жизней — приходилось расплачиваться с горами за красный камень, будто обагренный кровью тех, кто пытался проникнуть к ртутным сокровищам.

Значительно возросла добыча ртути в средние века — в период повсеместного увлечения алхимией. Интерес, который проявляли к ртути алхимики, объяснялся тем, что, по одной из их теорий, ртуть, сера и соль были возведены в ранг «первородных элементов». Ртути приписывалось «материнское начало»: «…с помощью теплоты лед растворяется в воду, значит, он из воды; металлы растворяются в ртути, значит, ртуть — первичный материал этих металлов».

Итак, алхимикам, вооруженным столь солидной научной теорией, оставалось лишь найти «философский камень» (при помощи которого можно было бы превращать ртуть в золото) и, засучив рукава, приниматься за работу. Но вот беда: поиски «философского камня» затянулись несмотря на то, что в их удачном исходе были заинтересованы такие влиятельные особы, как английский король Генрих VI, император Священной Римской империи Рудольф II и другие европейские монархи, создававшие у себя при дворе крупные алхимические лаборатории.

Правда, кое-какие плоды эти исследования все же принесли: придворный алхимик Генриха VI обнаружил, что натертая ртутью медь приобретает серебристый оттенок, и король оперативно внедрил это открытие в жизнь: он выпустил под видом серебряных большую партию медных монет, покрытых ртутью, прикарманив при этом солидную сумму.

Время от времени в разных странах появлялись лица, якобы овладевшие тайной «философского камня». Иногда это были заблуждавшиеся ученые, а чаще — шарлатаны, знавшие немало способов «получения» искусственного золота. Один из них заключался в следующем. На глазах присутствующих алхимик помешивал в тигле расплавленный свинец или ртуть деревянной палочкой, в которую были предварительно спрятаны кусочки золота. Частично это золото растворялось в расплавленном металле. После «эксперимента» в тигле, естественно, можно было обнаружить следы золота, которое свидетельствовало, а точнее лжесвидетельствовало, о чудесном превращении. Однако слухи об этих кудесниках рано или поздно доходили до правителя страны, и тогда им приходилось либо признаваться в обмане, либо организовывать при дворе массовое производство золота, а уж тут деревянная палочка была плохим помощником.

Уличенного во лжи алхимика обычно казнили так же, как фальшивомонетчиков, — на позолоченной виселице, в одежде, усыпанной блестками. Впрочем, были и другие варианты казни. В 1575 году, например, герцог Люксембургский сжег заживо в железной клетке женщину-алхимика Марию Зиглерин за отказ сообщить ему состав «философского камня», который она по вполне понятным причинам не знала, хотя и утверждала на свою беду обратное.

Спустя некоторое время алхимия была предана проклятию католической церковью и официально запрещена в Англии, Франции и других странах. Но подпольные алхимические эксперименты не прекращались, продолжались и казни. Под горячую руку попал французский химик Жан Барилло, который был казнен только за то, что изучал в своей лаборатории химические свойства элементов. Его опыты показались подозрительными, и судьба ученого была тотчас же решена.

В дошедших до наших дней алхимических рецептах ртуть часто называют Меркурием. Это название было дано металлу еще в Древнем Риме за способность капелек ртути быстро бегать по гладкой поверхности, чем она, по мнению римлян, напоминала хитрого, ловкого и изворотливого бога Меркурия — покровителя торговли. Кстати, и другие элементы в алхимической литературе были зашифрованы: золото обозначалось символом Солнца, железо — Марса, медь — Венеры и т. д. Таким образом алхимики скрывали свои знания от посторонних, которые не были знакомы с их символикой.

Способность ртути растворять многие металлы, образуя так называемые амальгамы, была замечена еще до нашей эры. Амальгамы помогли английскому ученому Гемфри Дэви впервые в истории выделить в свободном виде барий, стронций, магний: он сначала получал амальгамы этих элементов, а затем уже отделял их от ртути.

Амальгамы использовали для покрытия медных церковных куполов тончайшим слоем золота. Таким способом был позолочен, например, купол великолепного Исаакиевского собора, созданного в 1818–1858 годах в Петербурге по проекту Огюста Монферрана.

Более 100 килограммов червонного золота было нанесено амальгамацией на медные листы, из которых выполнен гигантский, диаметром около 26 метров, купол этого собора. Поверхность медных листов тщательно очищали от жира, шлифовали и полировали, а затем покрывали амальгамой — раствором золота в ртути. После этого листы нагревали на специальных жаровнях до тех пор, пока ртуть не испарялась, а на листе при этом оставалась тонкая (в несколько микрон) пленка золота. Но легкий синевато-зеленый дымок паров ртути, который, казалось, бесследно исчезал, успевал отравить рабочих, занимавшихся позолотой. И хотя по правилам тогдашней техники безопасности позолотчики пользовались стеклянными колпаками, эта «спецодежда» не могла спасти от отравления. Люди погибали в страшных муках. По свидетельству современников, золочение купола стоило жизни десяткам рабочих.

С амальгамами связаны не только печальные факты, но и забавные истории. Рассказывают, будто бы в начале нашего века один исследователь пытался получить золото из ртути, воздействуя на ее пары мощными электрическими разрядами. Много времени и труда потратил он, и вот, наконец, пришел успех: в ртути появились первые следы золота. Радость экспериментатора не знала границ. Каково же было разочарование, когда выяснилось, что золото попало в ртуть с… золотой оправы его собственных очков. Поправляя время от времени очки руками, на которых были мельчайшие капельки ртути, ученый переносил золото в виде амальгамы в исследуемую ртуть.

Амальгамы и сейчас применяют в ряде случаев для золочения металлических изделий (разумеется, при этом дело обходится без жертв), в производстве зеркал, в зубоврачебном деле, в лабораторной практике. Из ртутной соли гремучей кислоты (гремучей ртути). изготовляют взрывчатые вещества.

Широко применяют в технике ртуть и в чистом виде. В химической промышленности, например, она участвует в производстве хлора, едкого натра, синтетической уксусной кислоты. Весьма надежны и долговечны ртутные вентили, служащие для выпрямления переменного тока. В автоматической и измерительной аппаратуре используют ртутные выключатели, которые обеспечивают мгновенное замыкание и размыкание электрической цепи. Ртутно-кварцевые лампы позволяют получить интенсивное ультрафиолетовое излучение. В медицине эти лампы служат для обезвреживания воздуха в операционных залах, для облучения организма человека в лечебных целях.

Разреженными парами ртути с добавкой аргона наполнены стеклянные трубки люминесцентных ламп. Еще до войны была предпринята попытка использовать ртутные лампы для освещения улицы Горького в Москве. Но вскоре от этих ламп пришлось отказаться, так как излучаемый ими мертвенно-бледный свет придавал лицам людей малопривлекательный землистый оттенок, а губная помада, например, из красной превращалась в зеленую. В дальнейшем удалось разработать специальные составы — люминофоры, которые, будучи нанесенными на внутреннюю поверхность ламп, позволяют получать свет различной окраски, в частности белый свет, очень близкий к дневному.

Ртуть оказалась причастной к одному из важнейших научных открытий нашего столетия — открытию явления сверхпроводимости. В 1911 году голландский физик и химик Хейке Камерлинг-Оннес, изучая свойства различных веществ при низких температурах, обнаружил, что вблизи абсолютного нуля, точнее при 4,1 К, ртуть полностью перестает оказывать сопротивление электрическому току. Спустя два года ученый был удостоен Нобелевской премии.

Столь же высоко были отмечены в 1922 году научные заслуги чешского химика Ярослава Гейровского, открывшего полярографический метод химического анализа, в котором ртуть играет далеко не последнюю роль.

Ртуть — главное действующее лицо во многих физических приборах — манометрах, барометрах, вакуумных насосах. Но, пожалуй, наиболее распространенные ртутные приборы — это термометры.

В XVII веке, когда были созданы первые приборы для измерения температуры, рабочей жидкостью в них служила вода, но на холоде она замерзала, стекло разлеталось вдребезги и термометры выходили из строя. Тосканский герцог Фердинанд II, по-видимому достаточно хорошо знакомый с винным спиртом, предложил использовать его вместо воды — термометры стали более надежными, но, поскольку качество спирта не всегда было одинаковым, в показаниях приборов наблюдались заметные расхождения. Первым, кто начал измерять температуру при помощи ртути, был французский физик Амонтон. Спустя несколько лет, в 1724 году, немецкий физик Фаренгейт создал свой ртутный термометр со шкалой, которая до сих пор используется в Англии и США.

В наше время ртутные термометры имеют самое разнообразное назначение. От этого зависит конструкция термометра, в частности толщина капилляра, по которому перемещается ртуть. Самый тонкий капилляр у медицинского градусника — всего 0,04 миллиметра. Чтобы этот тончайший столбик ртути можно было заметить невооруженным глазом, капилляр делают в форме трехгранной увеличительной призмы, а на ею заднюю стенку наносят «экран» — полоску белой эмали.

Поскольку ртуть не должна опускаться, пока ее не стряхнешь, нужно в каком-то месте канал сузить, но и без того узкий трехгранник сужать уже нельзя. Поэтому к нему снизу припаивают маленькую цилиндрическую трубку и в ней делают пережим.

Применяемая для термометров ртуть должна отличаться особой чистотой: ведь малейшие примеси могут существенно исказить показания. Вот почему ртуть подвергают специальной обработке, промывают, дистиллируют и только после этого заполняют его стеклянные капилляры.

Кстати, несмотря на хрупкость стекла, оно пока является незаменимым в этом случае материалом. Использовать вместо него, допустим, прозрачную пластмассу нельзя: она, как решето, пропускает губительный для ртути кислород.

Заполнение капилляра ртутью — очень ответственная операция: в трубку не должен попадать воздух. Раньше, когда этот процесс выполняли вручную, мастерам приходилось по нескольку недель нагревать поочередно то один, то другой конец заполненной ртутью стеклянной трубочки, изгоняя оттуда воздушные пузырьки. Сейчас с этим делом быстро и успешно справляются машины.

Прежде чем попасть к месту своей будущей работы, термометры проходят еще много испытаний и проверок. Увы, некоторых из них ждет печальный приговор: «Брак». Жизненный путь этого неудачника тут же заканчивается в корзине для отходов. Но зато можно не сомневаться в точности тех термометров, которые выдержали все экзамены и получили своего рода аттестат зрелости — заводское клеймо. Беспристрастная капелька ртути, заключенная в стеклянный капилляр, будет верно служить науке, промышленности, сельскому хозяйству, медицине.

За свою многовековую историю производство ртути прошло длинный путь. Когда-то ртутную руду обжигали в глиняных горшках, а испаряющаяся при этом ртуть конденсировалась на листьях свежесрубленных деревьев, устанавливаемых около горшочков в кирпичных камерах. Сейчас на заводах действуют автоматические агрегаты для непрерывного получения ртути. Рабочему достаточно нажать кнопку дистанционного управления, и тонны ртутного концентрата заполнят бункер огромной электрической печи. В ней при температуре в сотни градусов ртуть начинает испаряться из концентрата. Пары затем охлаждают, и образовавшаяся ртуть поступает в специальный резервуар.

В дальнейшем металл подвергают окончательной очистке и заливают в стальные баллоны, вмещающие по 35 килограммов. Особо чистую (рафинированную) ртуть высшего качества разливают в фарфоровые стаканы — по 5 килограммов в каждый. В таком виде, она поступает на склад готовой продукции.

Здесь «серебряная вода» получает путевку в жизнь.

Погубивший Рим

Бдительные гуси. — Печальная судьба патрициев. — На службе инквизиции. — Секреты брахманов. — Крики ужаса на Мосту вздохов. — Веский аргумент. — Восемьдесят лет под водой. — Недопустимая «самодеятельность». — Тучи над городом встали. — В снегах Гренландии. — Ледяной столб. — В наборной кассе. — Увесистые письма. — Под звон хрусталя. — «Made in Rodos». — Пожар в афинском порту. — Бывают ли чудеса? — Проделки «перуанского художника». — Ядовитый «сахар». — В нападении и защите. — «Мини»-иллюминатор. — Находка под слоем золы. — Жуки работают без «перекуров». — В садах Семирамиды. — Один на десять миллионов. — Зачем нужна конспирация? — Фамильные узы. — Кошку назвали кошкой.

Рим спасли гуси — это известно всем. Бдительные птицы своевременно, заметили приближение неприятельских войск и тотчас резкими гортанными звуками сигнализировали об опасности. На этот раз для древних римлян все обошлось благополучно.

Тем не менее Римской империи суждено было впоследствии пасть. Что же послужило причиной падения некогда могущественного государства? Что погубило Рим?

«Древний Рим отравился свинцом», — к такому выводу пришли некоторые американские и канадские ученые-токсикологи. По их мнению, использование свинцовой посуды (бутылей, бокалов, чаш) и косметических красок, содержащих соединения свинца, приводило к хроническому отравлению и вымиранию римской знати. Известно, что многие императоры, правившие Римом в первые столетия нашей эры, т. е. в последний период существования империи, страдали теми или иными психическими заболеваниями. Средняя продолжительность жизни римских патрициев не превышала 25 лет. Люди низших сословий в меньшей степени подвергались свинцовому отравлению, поскольку они не имели дорогой посуды и не употребляли косметических средств. Но и они пользовались знаменитым водопроводом, «сработанным еще рабами Рима», а трубы его, как известно, были сделаны из свинца.

Люди вымирали, империя чахла. Разумеется, виноват в этом был не только свинец. Существовали и более серьезные причины — политические, социальные, экономические. И все же доля истины в рассуждениях американских ученых безусловно есть: обнаруживаемые при раскопках останки древних римлян содержат большие количества свинца.

Все растворимые соединения этого элемента ядовиты. Установлено, что вода, которая питала Древний Рим, была богата углекислым газом. Реагируя со свинцом, он образует хорошо растворимый в воде кислый углекислый свинец. Поступающий даже в малых порциях в организм свинец задерживается в нем и постепенно замещает кальций, который входит в состав костей. Это приводит к хроническим заболеваниям.

На «совести» свинца лежит не только погубленный Рим, но и другие темные дела. Во времена разгула инквизиции иезуиты использовали расплавленный свинец как орудие пыток и казни. В Индии еще в начале прошлого века, если человек низшей касты сознательно или нечаянно подслушивал чтение священных книг брахманов, ему вливали в уши расплав свинца (чтобы сохранить свою власть над народом, жрецы Вавилона, Египта, Индии издавна держали свои знания в глубокой тайне).

В Венеции сохранилась средневековая тюрьма для государственных преступников, соединенная Мостом вздохов с замечательным памятником архитектуры — Дворцом дожей. На чердаке тюрьмы имелись специальные камеры под свинцовой крышей — для особо провинившихся. Летом узники здесь изнывали от жары, зимой — стыли от холода. А на Мосту вздохов слышны были крики ужаса…

С тех пор как изобрели огнестрельное оружие и из свинца начали отливать смертоносные пули для ружей и пистолетов, он стал одним из самых «веских аргументов» в споре враждующих сторон. Свинец не раз решал исход и грандиозных военных баталий, и мелких гангстерских потасовок.

Может сложиться впечатление, что, кроме вреда, от свинца ничего не дождешься, и поэтому ближайшая и главная задача человечества — полностью избавиться от этого злого металла, принесшего уже столько бед и горя. Но люди почему-то не стремятся к такому избавлению, а, напротив, постоянно расширяют производство свинца. Из всех цветных металлов лишь алюминий, медь и цинк производятся в большем количестве, чем свинец. Какой же полезной деятельностью занимается этот металл?

История знает немало примеров, когда народы вели справедливые войны за свою свободу и независимость — и в этой борьбе им помогал свинец. Чтобы быть уверенным в надежности своих границ, необходимо иметь не только порох в пороховницах, но и все тот же свинец. Вот почему военное значение этого металла весьма велико.

Когда развитие техники привело к созданию автомобилей, подводных лодок, самолетов, возникновению химической и электротехнической промышленности, в производстве свинца произошел особенно резкий скачок.

Еще в 1859 году французский физик Гастон Планте изобрел химический источник тока — свинцовый аккумулятор. За прошедшие сто с лишним лет в мире изготовлено огромное количество этих простых, но надежных устройств для накопления энергии: примерно треть всей мировой добычи свинца расходуется на «нужды» аккумуляторов. Недавно английские водолазы, которые занимались подъемом подводной лодки, затонувшей еще в начале нашего века, нашли и подняли на поверхность свинцовый аккумулятор. Каково же было их удивление, когда выяснилось, что, пробыв под водой ни мало, ни много восемьдесят лет, он все еще дает ток. Оригинальный проект разработан в США: в штате Мичиган предполагается соорудить колоссальную по размерам батарею свинцовых аккумуляторов, на которую будет возложена ответственная миссия — удовлетворять потребность штата в энергии в часы пик. Заряжаться же эта «батарейка», весящая почти 3 тысячи тонн, будет в те часы, когда в потреблении энергии обычно наблюдается заметный спад.

Крупный потребитель свинца — топливная промышленность. В бензиновых двигателях горючую смесь, перед тем как поджечь, сжимают, и чем сильнее это сжатие, тем экономичнее работает двигатель. Но при значительной степени сжатия горючая смесь взрывается, не дожидаясь, когда ее подожгут. Естественно, такая «самодеятельность» недопустима. На помощь пришел тетраэтилсвинец. Небольшие добавки его к бензину (меньше 1 грамма на литр) предотвращают взрывы, заставляя топливо сгорать равномерно, а главное — в тот самый момент, когда это нужно.

Поскольку тетраэтилсвинец очень ядовит, этилированный бензин окрашивают в розовый, зеленый, оранжево-красный и другие (в зависимости от марки) цвета, чтобы отличить от обычного. К сожалению, значительные количества ядовитых веществ выбрасываются автомобильными двигателями с выхлопными газами. Ученые Калифорнийского технологического института (США) подсчитали, что над большими городами носятся целые тучи свинца (как видите, литературный эпитет «свинцовые тучи» может иметь и буквальный смысл): за год только над океанами и морями северного полушария выпадает около 50 тысяч тонн этого металла, образующегося главным образом из добавок к бензину. Вот вам и 1 грамм на литр! Свинец автомобильного происхождения был обнаружен даже в снегах Арктики. Специалисты давно подыскивают ‘замену тетраэтилсвинцу и уже добились в этом кое-каких успехов.

Любопытны данные, полученные при анализе гренландского фирна (плотного снега). Пробы фирна брались из разных горизонтов, соответствующих тому или иному историческому периоду. В образцах, датированных VIII столетием до н. э., на каждый килограмм фирна обнаружено не более 0,0000004 миллиграмма свинца (эта цифра принята за уровень естественного загрязнения, главный источник которого — вулканические извержения). Образцы, относящиеся к середине XVIII века (начало промышленной революции), содержали свинца уже в двадцать пять раз больше. В дальнейшем же началось настоящее «нашествие» этого элемента на Гренландию: содержание его в образцах фирна, взятых в верхних горизонтах, т. е. соответствующих нашему времени, в пятьсот раз превосходит естественный уровень.

Еще богаче свинцом вечные снега европейских горных массивов. Так, содержание его в фирне одного из ледников Высоких Татр за последние сто лет возросло примерно в пятнадцать раз. Если же исходить из уровня естественной концентрации, то оказывается, что в Высоких Татрах, находящихся рядом с промышленными районами, этот уровень превышен почти в двести тысяч раз!

Сравнительно недавно объектом исследования шведских ученых стали многовековые дубы, растущие в одном из парков в центре Стокгольма. Оказалось, что содержание свинца в деревьях, насчитывающих четыреста лет, в последнее время резко увеличилось вместе с ростом интенсивности автомобильного движения. Так, если в прошлом веке в древесине этих дубов содержалось всего 0,000001 % свинца, то к середине XX века свинцовый «запас» удвоился, а к концу 70-х годов возрос уже примерно в десять раз. Особенно богата свинцом та сторона деревьев, которая обращена к автомобильным дорогам и, следовательно, более подвержена воздействию выхлопных газов.

На Всемирной выставке «Экспо-75», проходившей в Японии на острове Окинава, внимание посетителей привлекал необычный экспонат — тридцатиметровый столб льда, выпиленный из айсберга, возраст которого примерно три тысячи лет. Исследования, проведенные учеными Японии, США и СССР, показали, что в последние десятилетия айсбергу пришлось «приютить» немалое количество свинца — результат бурного развития автомобильного транспорта.

В современной технике у свинца немало и других занятий. В электротехнической промышленности, например, этот металл служит надежной и достаточно эластичной оболочкой кабелей. Значительные количества его идут на изготовление припоев. Химические заводы и предприятия цветной металлургии для защиты оборудования от коррозии производят свинцевание (покрытие тонким слоем свинца) внутренней поверхности камер и башен для производства серной кислоты, труб, травильных и электролизных ванн. Во многих машинах и механизмах можно встретить подшипниковые сплавы свинца с другими элементами.

Об одном из свинцовых сплавов1 стоит рассказать подробнее. Вместе с сурьмой и оловом свинец уже несколько столетий входит в состав гарта — типографского сплава, из которого делают шрифты и другие элементы набора для книг, газет и журналов. Очень образно оценил эту роль свинца немецкий просветитель XVIII века Георг Кристоф Лихтенберг: «Больше, чем золотом, — писал он, — мир изменен свинцом, притом свинцом не из дула ружья, а свинцом из наборной кассы».

Истины ради заметим, что свинец имел довольно прямое отношение к письменности еще задолго до того, как великий немецкий изобретатель Иоганн Гутенберг использовал этот металл для отливки типографских литер. Не так давно советские археологи нашли на острове Березань, расположенном в Черном море при входе в Днепровский лиман, древнегреческое письмо на тонкой свинцовой пластинке, свернутой в трубочку. Столь же увесистое послание было обнаружено при раскопках руин древнего города Ольвии на берегу Буга. Такой способ переписки был широко распространен в Древней Греции, но до современных ученых «дошло» лишь пять свинцовых писем. Почему же эти металлические свитки — большая редкость? Да потому что, совершенно игнорируя интересы своих любознательных потомков, адресат, прочтя письмо, использовал его затем для изготовления разновесов и грузил, для ремонта крыши и других утилитарных целей.

Письмо, найденное на Березани, датируется VI веком до н. э. В нем некий Ахиллодор повествует Анаксагору о ссоре из-за рабов. В другом письме, относящемся к IV веку до н. э., некто Батикон делится со своим другом Дифилом переживаниями по поводу неудачного судебного процесса. Так спустя два с половиной тысячелетия свинец поведал историкам о некоторых штрихах жизни и общественных отношений древнегреческих колонистов, осваивавших тогда Причерноморье.

В наши дни многогранное применение находят соединения свинца. Вот уже несколько столетий миру известен хрусталь — стекло, прозрачное, как утренняя роса, радующее веселой игрой света и чистым мелодичным звоном. А своим появлением хрусталь обязан… случаю и свинцу. В начале XVII века английские стеклоделы перешли с дровяного отопления на угольное. Все было бы хорошо, если бы не копоть, которой стало намного больше: попадая в стеклянную массу, частицы копоти делали стекло темным и мутным. Чтобы избежать этого, стекло стали варить в закрытых горшках, но оно часто не проваривалось, и тогда-то, а точнее в 1635 году, мастера стекольных дел решили добавить в массу свинец, понижавший температуру ее плавления. И произошло чудо: бокал из нового стекла сверкал, как алмаз, и рождал чарующий звон. По сходству с красивыми природными кристаллами горного хрусталя свинцовое стекло также стали называть хрусталем. Так, благодаря свинцу люди обрели прекрасный материал, из которого изготовляются поистине удивительные изделия.

Но одному из «любителей» хрусталя свинец, напротив, принес крупные огорчения. Однажды соответствующие органы расследовали дело о пожаре. Дом сгорел дотла, но к счастью для владельца, все имущество было полностью застраховано и ему причиталась солидная сумма, поскольку, по его словам, среди прочих вещей в доме хранилась ценная коллекция хрусталя — огонь превратил его в бесформенные куски стеклоподобной массы. Однако работники, проводившие расследование пожара, усомнились в том, что перед ними «останки» хрусталя и отправили их на экспертизу. И вот флюоресцентный анализ показал, что содержание свинца в исследуемом веществе крайне мало, в то время как в хрустале он должен присутствовать в значительных количествах. В результате хрусталь оказался обычным стеклом, а дело о пожаре — делом о поджоге. Как выяснилось, хозяин дома предварительно вывез все ценности, заменил хрусталь стеклом, а затем поджег свой дом и стал терпеливо дожидаться крупного страхового возмещения. Но помешал свинец.

С давних пор известны и краски, содержащие этот элемент. Свинцовые белила, например, умели изготовлять еще три тысячи лет назад. Крупнейшим поставщиком белил считался в те времена остров Родос. Способ, по которому здесь изготовляли краску, был далеко не совершенным, но достаточно надежным. В бочку наливали раствор уксуса, сверху укладывали ветки кустарника, а на них — куски свинца, после чего бочки плотно закупоривали. Когда спустя некоторое время их открывали, свинец оказывался покрытым белым налетом. Это и были белила. Их соскабливали с металла, упаковывали в тару и вывозили в различные страны.

Однажды в афинском порту Пирее, где стоял корабль с грузом свинцовых белил, вспыхнул пожар. Поблизости в этот момент находился художник Никий. Зная, что на горящем корабле имеются краски, он поднялся на него, в надежде спасти хоть один бочонок: краски тогда стоили дорого, да и достать их порой было нелегко. К удивлению Никия, в обуглившихся бочонках он увидел не белила, а какую-то густую массу ярко-красного цвета. Взяв один из бочонков, художник покинул корабль и поспешил в свою мастерскую. Содержимое бочонка оказалось отличной краской. Впоследствии ее назвали суриком и стали получать пережигая свинцовые белила.

Известно, что картины и иконы, написанные свинцовыми красками, со временем темнеют: под действием микропримесей сероводорода, всегда находящихся в воздухе, образуется темный сульфид свинца. Но стоит протереть изображение слабым раствором пероксида водорода или уксуса, как краски вновь становятся светлыми, яркими. Моряки, плавающие вблизи тихоокеанского побережья Латинской Америки (в частности, у берегов Перу, где некоторые слои воды богаты сероводородом), знакомы с работами «перуанского художника». Так, шутя, они называют явление, заставляющее удивляться и недоумевать непосвященных пассажиров: лайнер, бывший еще вчера вечером белоснежным, утром оказывался совершенно черным. А виноват в этом, как вы уже знаете, был свинец.

В медицине соединения свинца используют как вяжущие, болеутоляющие и противовоспалительные средства. Уксуснокислый свинец, например, известен как «свинцовая примочка». За сладковатый вкус ее иногда называют свинцовым сахаром. Но ни в коем случае нельзя забывать, что этот «сахар» может вызвать сильное отравление организма.

Не случайно в цехах и лабораториях, где человек имеет дело со свинцом или его соединениями, принимают специальные меры предосторожности. Врачи-гигиенисты и инженеры по охране труда постоянно следят за тем, чтобы содержание свинца в воздухе не превышало допустимой нормы — 0,00001 миллиграмма на литр. Если в недалеком прошлом свинцовые отравления были профессиональным заболеванием рабочих свинцовоплавильных заводов и типографий, то в наше время благодаря совершенствованию технологии производства, мероприятиям по вентиляции и обеспыливанию об этих болезнях практически забыли.

Любопытно, что человек, не только защищается от свинца, но и защищается… свинцом.

Металлический свинец оказался одним из самых «непрозрачных» материалов для всех видов радиоактивных и рентгеновских лучей. Если вы возьмете в руки фартук врача-рентгенолога или его перчатки, то вас поразит их тяжесть: в резину, из которой они изготовлены, введен свинец — он задерживает рентгеновские лучи, защищая тем самым организм от их губительного действия. В кобальтовых пушках, используемых для лечения злокачественных опухолей, крупинка радиоактивного кобальта надежно упрятана в свинцовую оболочку-грушу.

Свинцовые экраны применяют в атомной энергетике, в ядерной технике. От радиоактивного излучения защищает и стекло, в состав которого входят оксиды свинца. Такое стекло позволяет наблюдать за обработкой радиоактивных материалов с помощью механических рук — манипулятора. В атомном центре в Бухаресте имеется иллюминатор из свинцового стекла толщиной 1 метр. Весит он более полутора тонн.

В земной коре содержится сравнительно немного свинца — в тысячи раз меньше, чем алюминия или железа. Но несмотря на это, он стал известен человеку еще в глубокой древности — примерно за шесть — семь тысяч лет до н. э. В отличие от многих других металлов, свинец имеет низкую температуру плавления (327 °C) и находится в природе в виде довольно непрочных химических соединений. Это обусловливало возможность неожиданного его получения. Известен, например, случай, когда богатое свинцовое месторождение было обнаружено в Америке в результате… лесного пожара: на месте сгоревшего леса под слоем золы были найдены крупные слитки свинца. Пожар «выплавил» его из руд, находившихся под корнями деревьев. Вероятно, таким путем первый свинец и попал в руки доисторических обитателей нашей планеты

Самым древним дошедшим до нас изделием из свинца считают египетскую фигуру, хранящуюся в Британском музее: ее возраст более шести тысяч лет. В Испании сохранились древнейшие отвалы свинцовистых шлаков: здесь еще в третьем тысячелетии до н. э. финикийцы разрабатывали свинцово-серебряное месторождение Рио-Тинто. При раскопках ассирийского города Ашшура была обнаружена свинцовая глыба массой примерно 400 килограммов. Археологи полагают, что она относится примерно к 1300 году до н. э.

Свинец — самый мягкий из всех обычных металлов: он легко царапается даже ногтем. Знаменитый немецкий зоолог Альфред Эдмунд Брем в своем популярном труде «Жизнь животных» приводит любопытный факт: осы, стремясь оказаться на свободе, ухитрились прогрызть стенки свинцового ящика толщиной 43 миллиметра. А некоторые жуки сумели проделать отверстия в массивных свинцовых трубах городского водопровода. Ученые, заинтересовавшиеся этой способностью жуков, провели эксперимент, поместив их в стеклянную пробирку, накрытую тонкой свинцовой фольгой. Стекло жукам было явно не по зубам, а металл показался им вполне преодолимым препятствием: медленно, но верно они начали прокладывать путь к свободе, отгрызая и выбрасывая мельчайшие частицы свинца, видимые невооруженным глазом. Зоологов удивил «бригадный» метод работы насекомых: все узники поочередно «сверлили» одно отверстие, словно понимая, что и один проход в заграждении даст возможность всем выбраться на волю. Для достижения цели жукам потребовалось всего шесть часов — неполный рабочий день, но без «перекуров».

Мягкость свинца не позволяла ему конкурировать с медью, бронзой или железом в качестве материала для орудий труда. Зато изготовлять трубы и другие детали водопроводов из этого пластичного металла оказалось очень удобно. Мы уже упоминали о римском водопроводе. Признанные одним из семи чудес света висячие сады Семирамиды орошались водой через сложную системы колодцев, труб и других гидравлических сооружений, также сделанных из свинца. В первой половине XVII века в Свибловой башне Московского Кремля был сооружен резервуар для воды, выложенный свинцовыми листами. Сюда вода закачивалась из Москвы-реки, а отсюда по свинцовым трубам она поступала в царские хоромы, сады и на прочие важные объекты. С тех пор эта башня именуется Водовзводной.

В давние времена свинец выполнял и другую работу, связанную с водой. Еще древние греки подметили, что ядовитые оксиды свинца явно не по вкусу моллюскам, рачкам и другим обитателям подводного царства, которые любят прилипать к днищам морских и речных судов. Вот почему античные кораблестроители охотно использовали свинец в качестве судовой обшивки: «прилипалы» обходили ее за версту. К тому же свинец надежно защищал железное днище и корабельные гвозди от ржавчины.

XX век доверил свинцу много интересных и важных дел, но и предъявил к нему ряд повышенных требований, в частности в отношении чистоты металла. В нашей стране разработан метод так называемого амальгамного рафинирования, который позволил впервые в мировой практике получить сверхчистый свинец: на долю примесей в нем приходится лишь 0,00001 %. Это значит, что в тонне такого свинца едва удается «наскрести» десятую долю грамма всех посторонних элементов, вместе взятых!

На этом можно было бы и закончить рассказ о свинце, но мы еще ничего не сказали о названии этого элемента. Слово «свинец» происходит, видимо, от слова «свинка» — так раньше называли слитки этого металла (да и сейчас еще их именуют чушками). Но прежде чем стать свинцом, металл успел пожить под другими именами.

Вы помните чудесную сказку С.Я. Маршака о том, как кошку назвали сначала солнцем, потом тучей, ветром, мышкой, а в конце концов нарекли кошкой? Нечто подобное произошло и со свинцом.

Загляните в толковый словарь Даля и вы узнаете, что в поговорке «слово — олово» имеется в виду не олово, а свинец — металл более тяжелый, более весомый. А сама поговорка и употребляется, когда речь идет о слове веском, верном, — надежном. Но зачем же такая конспирация? Проще было бы сказать прямо: «слово — свинец». Оказывается, в старину на Руси свинец называли оловом. Настоящее же олово появилось позднее, причем первое время его ошибочно принимали за свинец (свойства этих металлов, действительно, в какой-то степени сходны). Когда, наконец, их научились различать, то старое название закрепилось за новым металлом, а его предшественника назвали свинцом. Эти металлы путали и древние римляне. Свинец они называли «плюмбум нигрум» (свинец темный), а олово — «плюмбум альбум» (свинец белый)…

«Фамильные» узы связывают свинец еще с одним металлом — молибденом. В переводе с греческого «молибден» означает «свинец». Оказывается, в древности многие путали минералы этих металлов — галенит и молибденит, называя и тот и другой «молибденой». Когда же спустя много веков из молибдена был получен новый элемент, он отобрал у свинца его древнегреческое название.

Так кошку назвали кошкой — свинец стал свинцом.

Топливо XX века

В честь седьмой планеты. — Мозаика древних римлян. — Карты спутаны. — Гениальное предвидение. — Беккерель ждет солнца. — Открытия в заброшенном сарае. — В энциклопедии ошибка? — Сенсационные сообщения. — Идея «мальчуганов». — Откуда взялся лантан? — Случай в парикмахерской. — Где раздобыть нейтроны? — Полезная «ладность». — «Спичка» есть! — События в метро. — Капля в море. — В старом Чикаго. — «Идемте-ка завтракать!». — Нервный шофер. — Ферми прячет улыбку. — День, ставший черным. — Первый шаг. — Атомоход рушит льды. — «Посылка» на Солнце. — Сказочные перспективы.

Трудно сказать, какое имя дал бы немецкий ученый Мартин Генрих Клапрот открытому в 1789 году химическому элементу, если бы за несколько лет до этого не произошло событие, взволновавшее все круги общества: в 1781 году английский астроном Вильям Гершель, наблюдая с помощью самодельного телескопа звездное небо, обнаружил светящееся облачко, которое он поначалу принял за комету, но в дальнейшем убедился, что видит новую, неизвестную дотоле седьмую планету солнечной системы. В честь древнегреческого бога неба Гершель назвал ее Ураном. Находившийся под впечатлением этого события, Клапрот дал новорожденному элементу имя новой планеты.

Спустя примерно полвека, в 1841 году французский химик Эжен Мельхиор Пелиго сумел впервые получить металлический уран. Промышленный мир остался равнодушным к тяжелому, сравнительно мягкому металлу, каким оказался уран. Его механические и химические свойства не привлекли ни металлургов, ни машиностроителей. Лишь стеклодувы Богемии да саксонские мастера фарфоровых и фаянсовых дел охотно применяли оксид этого металла, чтобы придать бокалам красивый желто-зеленый цвет или украсить блюда затейливым бархатно-черным узором.

О «художественных способностях» урановых соединений знали еще древние римляне. При раскопках, проведенных близ Неаполя, удалось найти стеклянную мозаичную фреску удивительной красоты. Археологи были поражены: за два тысячелетия стекла почти не потускнели. Когда образцы стекол подвергли химическому анализу, оказалось, что в них присутствует оксид урана, которому мозаика и была обязана своим долголетием. Но если оксиды и соли урана занимались «общественно полезным трудом», то сам металл в чистом виде почти никого не интересовал.

Даже ученые, и те были лишь весьма поверхностно знакомы с этим элементом. Сведения о нем были скудны, а порой совершенно неправильны. Так, считалось, что его атомная масса равна приблизительно 120. Когда Д.И. Менделеев создавал свою Периодическую систему, эта величина путала ему все карты: уран по своим свойствам никак не хотел вписываться в ту клетку таблицы, которая была забронирована за элементом с этой атомной массой. И тогда ученый, вопреки мнению многих своих коллег, решил принять новое значение атомной массы урана — 240 и перенес элемент в конец таблицы. Жизнь подтвердила правоту великого химика: атомная масса урана равна 238,03.

Но гений Д.И. Менделеева проявился не только в этом. Еще в 1872 году, когда большинство ученых считало уран на фоне многих ценных элементов своего рода балластом, создатель Периодической системы сумел предвидеть его поистине блестящее будущее: «Между всеми известными химическими элементами уран выделяется тем, что обладает наивысшим атомным весом… Наивысшая, из известных, концентрация массы весомого вещества,… существующая в уране,… должна влечь за собою выдающиеся особенности…

Убежденный в том, что исследование урана, начиная с его природных источников, поведет еще ко многим новым открытиям, я смело рекомендую тем, кто ищет предметов для новых исследований, особо тщательно заниматься урановыми соединениями».

Предсказание великого ученого сбылось менее чем через четверть века: в 1896 году французский физик Антуан Анри Беккерель, проводя эксперименты с солями урана, совершил открытие, которое по праву относится к величайшим научным открытиям, когда-либо сделанным человеком. Вот как это произошло. Беккерель давно интересовался явлением фосфоресценции (т. е. свечения), присущей некоторым веществам. Однажды ученый решил воспользоваться для своих опытов одной из солей урана. На обернутую черной бумагой фотопластинку он поместил вырезанную из металла узорчатую фигуру, покрытую слоем урановой соли, и выставил ее на яркий солнечный свет, чтобы фосфоресценция была как можно более интенсивной. Через четыре часа Беккерель проявил пластинку и увидел на ней отчетливый силуэт металлической фигуры. Еще и еще раз повторил он свои опыты — результат был тот же. И вот 24 февраля 1896 года на заседании французской Академии наук ученый доложил, что исследованное им фосфоресцирующее соединение урана на свету испускает невидимые лучи, которые проходят через черную непрозрачную бумагу и восстанавливают соли серебра на фотопластинке.

Спустя два дня Беккерель решил продолжить эксперименты, но как на грех погода была пасмурной, а без солнца какая же фосфоресценция? Досадуя на непогоду, ученый спрятал уже приготовленные, но так и не подвергшиеся освещению диапозитивы вместе с образцами солей урана в ящик своего стола, где они пролежали несколько дней. Наконец, в ночь на 1 марта ветер очистил парижское небо от туч и солнечные лучи с утра засверкали над городом. Беккерель, с нетерпением ожидавший этого, поспешил в свою лабораторию и извлек из ящика стола диапозитивы, чтобы выставить их на солнце. Но, будучи очень педантичным экспериментатором, он в последний момент все же решил проявить диапозитивы, хотя логика, казалось бы, подсказывала, что за прошедшие дни с ними ничего не могло произойти: ведь они лежали в темном ящике, а без света не фосфоресцирует ни одно вещество. В этот миг ученый не подозревал, что через несколько часов обычным фотографическим пластинкам ценой в несколько франков, суждено стать бесценным научным сокровищем, а день 1 марта 1896 года навсегда войдет в историю мировой науки.

То, что Беккерель увидел на проявленных пластинках, буквально поразило его: черные силуэты образцов резко и четко обозначились на светочувствительном слое. Значит, фосфоресценция здесь ни при чем. Но тогда что же это за лучи испускает соль урана? Ученый снова и снова проделывает аналогичные опыты с другими соединениями урана, в том числе и с теми, которые не обладали способностью фосфоресцировать или годами лежали в темном месте, и каждый раз на пластинках появлялось изображение.

У Беккереля возникает пока еще не вполне ясная мысль, что уран представляет собой «первый пример металла, обнаруживающего свойство, подобное невидимой фосфоресценции».

В это же время французскому химику Анри Муассану удалось разработать способ получения чистого металлического урана. Беккерель попросил у Муассана немного уранового порошка и установил, что излучение чистого урана значительно интенсивнее, чем его соединений, причем это свойство урана оставалось неизменным при самых различных условиях опытов, в частности при сильном нагревании и при охлаждении до низких температур.

С публикацией новых данных Беккерель не спешил: он ждал, когда Муассан сообщит о своих весьма интересных исследованиях. К этому обязывала научная этика. И вот 23 ноября 1896 года на заседании Академии наук Муассан сделал доклад о работах по получению чистого урана, а Беккерель рассказал о новом свойстве, присущем этому элементу, которое заключалось в самопроизвольном превращении его атомов, сопровождающемся выделением лучистой энергии. Это свойство было названо радиоактивностью.

Открытие Беккереля ознаменовало собой начало новой эры в физике — эры превращения элементов. Отныне атом уже не мог считаться единым и неделимым — перед наукой открывался путь в глубины этого «кирпичика» материального мира.

Естественно, что теперь уран приковал к себе внимание ученых. Вместе с тем их интересовал и такой вопрос: только ли урану присуща радиоактивность? Быть может, в природе существуют и другие элементы, обладающие этим свойством?

Ответ на этот вопрос смогли дать выдающиеся физики супруги Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри. С помощью прибора, сконструированного мужем, Мария Кюри исследовала огромное количество металлов, минералов, солей. Работа велась в неимоверно тяжелых условиях. Лабораторией служил заброшенный деревянный сарай, который супруги подыскали в одном из парижских дворов. «Это был барак из досок, с асфальтовым полом и стеклянной крышей, плохо защищавшей от дождя, без всяких приспособлений, — вспоминала впоследствии М. Кюри. — В нем были только старые деревянные столы, чугунная печь, не дававшая достаточно тепла, и классная доска, которой так любил пользоваться Пьер. Там не было вытяжных шкафов для опытов с вредными газами, поэтому приходилось делать эти операции на дворе, когда позволяла погода, или же в помещении при открытых окнах». В дневнике П. Кюри есть запись о том, что порой работы проводились при температуре всего шесть градусов выше нуля.

Много проблем возникало и с получением нужных материалов. Урановая руда была очень дорогой, и купить на свои скромные средства достаточное количество ее супруги Кюри не могли. Они решили обратиться к австрийскому правительству с просьбой продать им по невысокой цене отходы этой руды, из которой в Австрии извлекали уран, используемый в виде солей для окрашивания стекла и фарфора. Ученых поддержала венская Академия наук, и несколько тонн отходов было доставлено в их парижскую лабораторию.

Мария Кюри работала с необыкновенным упорством. Изучение разнообразных материалов подтверждало правоту Беккереля, считавшего, что радиоактивность чистого урана больше, чем у любых его соединений. Об этом говорили результаты сотен опытов. Но Мария Кюри подвергала исследованиям все новые и новые вещества. И вдруг… Неожиданность! Два урановых минерала — хальколит и смоляная руда Богемии — гораздо активнее действовали на прибор, чем уран. Вывод напрашивался сам собой: в них содержится какой-то неизвестный элемент, характеризующийся еще более высокой способностью к радиоактивному распаду. В честь Польши — родины М. Кюри — супруги назвали его полонием.

Снова за работу, снова титанический труд — и еще победа: открыт элемент, в сотни раз превосходящий по радиоактивности уран. Этот элемент ученые назвали радием, что по-латыни означает «луч».

Открытие радия в какой-то мере отвлекло научную общественность от урана. В течение примерно сорока лет он не очень волновал умы ученых, да и инженерная мысль редко баловала его своим вниманием. В одном из томов технической энциклопедии, изданном в 1934 году, утверждалось: «Элементарный уран практического применения не имеет». Солидное издание не грешило против истины, но спустя всего несколько лет жизнь внесла существенные коррективы в представления о возможностях урана.

В начале 1939 года появились два научных сообщения. Первое, направленное во французскую Академию наук Фредериком Жолио-Кюри, было озаглавлено «Экспериментальное доказательство взрывного расщепления ядер урана и тория под действием нейтронов» Второе сообщение — его авторами были немецкие физики Отто Фриш и Лиза Мейтнер опубликовал английский журнал «Природа»; оно называлось: «Распад урана под действием нейтронов: новый вид ядерной реакции». И там, и там речь шла о новом, доселе неизвестном явлении, происходящем с ядром самого тяжелого элемента — урана.

Еще за несколько лет до этого ураном всерьез заинтересовались «мальчуганы» — так дружелюбно называли группу молодых талантливых физиков, работавших под руководством Энрико Ферми в Римском университете. Увлечением этих ученых была нейтронная физика, таившая в себе много нового, неизведанного.

Было обнаружено, что при облучении нейтронами, как правило, ядра одного элемента превращаются в ядра другого, занимающего следующую клетку в Периодической системе. А если облучить нейтронами последний, 92-й элемент — уран? Тогда должен образоваться элемент, стоящий уже на 93-м месте — элемент, который не смогла создать даже природа!

Идея понравилась «мальчуганам». Еще бы, разве не заманчиво узнать, что собой представляет искусственный элемент, как он выглядит, как ведет себя? Итак — уран облучен. Но что произошло? В уране появился не один радиоактивный элемент, как ожидалось, а по меньшей мере десяток. Налицо была какая-то загадка в поведении урана. Энрико Ферми направляет сообщение об этом в один из научных журналов. Возможно, считает он, образовался 93-й элемент, однако точных доказательств этого нет. С другой стороны, есть доказательства, что в облученном уране присутствуют какие-то другие элементы. Какие же?

Попытку дать ответ на этот вопрос предприняла дочь Марии Кюри — Ирен Жолио-Кюри. Она повторила опыты Ферми и тщательно исследовала химический состав урана после облучения его нейтронами. Результат был более чем неожиданным: в уране появился элемент лантан, располагающийся примерно в середине таблицы Менделеева, т. е. очень далеко от урана.

Когда те же эксперименты проделали немецкие ученые Отто Ган и Фридрих Штрассман, они нашли в уране не только лантан, но и барий. Загадка за загадкой!

Ган и Штрассман сообщили о проведенных опытах своему другу известному физику Лизе Мейтнер. Теперь уже урановую проблему пытаются решить сразу несколько крупнейших ученых. И вот сначала Фредерик Жолио-Кюри, а спустя некоторое время Лиза Мейтнер приходят к одному и тому же выводу: при попадании нейтрона ядро урана как бы разваливается на части. Этим и объясняется неожиданное появление лантана и бария — элементов с атомной массой примерно вдвое меньшей, чем у урана.

Американского физика Луиса Альвареса, впоследствии лауреата Нобелевской премии это известие застало в одно январское утро 1939 года в кресле парикмахера. Он спокойно просматривал газету, как вдруг ему бросился в глаза скромный заголовок: «Атом урана разделен на две половины». Через мгновение к изумлению парикмахера и посетителей, ожидавших очереди, странный клиент выбежал из парикмахерской, наполовину подстриженный, с салфеткой, туго завязанной вокруг шеи и развевающейся на ветру. Не обращая внимания на удивленных прохожих, физик мчался в лабораторию Калифорнийского университета, где он работал, чтобы сообщить о потрясающей новости своим коллегам. Те поначалу были ошарашены весьма оригинальным видом размахивающего газетой Алвареса, но, когда услышали о сенсационном открытии, тотчас же забыли о его необычной прическе.

Да, это была подлинная сенсация в науке. Но Жолио-Кюри установил и другой важнейший факт: распад уранового ядра носит характер взрыва, при котором образующиеся осколки разлетаются в стороны с огромной скоростью. Пока удавалось расколоть лишь отдельные ядра, энергия осколков только нагревала кусок урана. Если же число делений будет велико, то при этом выделится огромное количество энергии.

Но где раздобыть такое количество нейтронов, чтобы одновременно бомбардировать ими большое число ядер урана? Ведь известные ученым источники нейтронов давали их во много миллиардов раз меньше, чем требовалось. На помощь пришла сама природа. Жолио-Кюри обнаружил, что при делении ядра урана из него вылетает несколько нейтронов. Попав в ядра соседних атомов, они должны привести к новому распаду — начнется так называемая цепная реакция. А поскольку эти процессы длятся миллионные доли секунды, сразу выделится колоссальная энергия — неизбежен взрыв. Казалось бы, все ясно. Но ведь куски урана уже не раз облучали нейтронами, а они при этом не взрывались, т. е. цепная реакция не возникала. Видимо, нужны еще какие-то условия. Какие же? На этот вопрос Фредерик Жолио-Кюри ответить пока не мог.

И все же ответ был найден. Нашли его в том же 1939 году молодые советские ученые Я.Б. Зельдович и Ю.Б. Харитон. В своих работах они установили, что есть два пути развития цепной ядерной реакции. Первый — увеличить размеры куска урана, так как при облучении маленького куска многие выделившиеся вновь нейтроны могут вылететь из него, не встретив на своем пути ни одного ядра. С ростом массы урана вероятность попадания нейтрона в цель, естественно, возрастает.

Есть и другой путь — обогащение урана изотопом 235. Дело в том, что природный уран имеет два основных изотопа, атомные массы которых равны 238 и 235. В ядре первого из них, на долю которого приходится в сотни раз больше атомов, имеется на три нейтрона больше. «Бедный» нейтронами уран-235 жадно их поглощает — гораздо сильней, чем его «зажиточный» брат, который при определенных условиях, поглотив нейтрон, не делится на части, а превращается в другой элемент. Это свойство изотопа ученые в дальнейшем использовали для получения искусственных трансурановых элементов. Для цепной же реакции равнодушие урана-238 к нейтронам оказывается губительным: процесс превращается, не успев набрать силу. Зато чем больше в уране «жадных» до нейтронов атомов изотопа 235, тем энергичнее пойдет реакция.

Но, чтобы начался процесс, нужен еще и первый нейтрон — та «спичка», которая должна вызвать атомный «пожар». Конечно, для этой цели можно воспользоваться обычными нейтронными источниками, которые ученые и ранее применяли в своих исследованиях, не очень удобно, но можно. А нет ли более подходящей «спички»?

Есть. Ее нашли другие советские ученые — К.А. Петржак и Г.Н. Флеров. Исследуя в 1939–1940 годах поведение урана, они пришли к выводу, что его ядра способны распадаться самопроизвольно. Это подтвердили результаты опытов, проведенных ими в одной из ленинградских лабораторий.

Но, может быть, уран распадался не сам, а, например, под действием космических лучей: ведь Земля непрерывно находится под их обстрелом. Значит, опыты нужно повторить глубоко под землей, куда не проникают эти космические гости. Посоветовавшись с крупнейшим советским ученым-атомником И.В. Курчатовым, молодые исследователи решили провести эксперименты на какой-нибудь станции Московского метрополитена. В Наркомате путей сообщения это не встретило препятствий, и вскоре в кабинет начальника станции метро «Динамо», находившейся на глубине 50 метров, на плечах научных работников была доставлена аппаратура, которая весила около трех тонн.

Как всегда, мимо проходили голубые поезда, тысячи пассажиров спускались и поднимались по эскалатору, и никто из них не предполагал, что где-то совсем рядом ведутся опыты, значение которых трудно переоценить. И вот, наконец, получены результаты, аналогичные тем, которые наблюдались в Ленинграде. Сомнения не было: ядрам урана присущ самопроизвольный распад. Чтобы заметить его, нужно было проявить незаурядное экспериментаторское мастерство: за час из каждых 60000000000000 атомов урана распадается лишь один. Поистине — капля в море!

К.А. Петржак и Г.Н. Флеров вписали заключительную страницу в ту часть биографии урана, которая предшествовала проведению первой в мире цепной реакции. Ее осуществил 2 декабря 1942 года Энрико Ферми.

В конце 30-х годов Ферми, как и многие другие крупные ученые, спасаясь от гитлеровской чумы, вынужден был эмигрировать в Америку. Здесь он намеревался продолжить свои важнейшие эксперименты. Но для этого требовалось немало денег. Нужно было убедить американское правительство в том, что опыты Ферми позволят получить мощное атомное оружие, которое можно будет использовать для борьбы с фашизмом. Эту миссию взял на себя ученый с мировым именем Альберт Эйнштейн. Он пишет письмо президенту США Франклину Рузвельту, которое начинается словами: «Сэр! Последняя работа Э. Ферми и Л. Сцилларда, с которой я ознакомился в рукописи, позволяет надеяться, что элемент уран в ближайшем будущем может быть превращен в новый важный источник энергии…». В письме ученый призывал правительство начать финансирование работ по исследованию урана. Учитывая огромный авторитет Эйнштейна и серьезность международной обстановки, Рузвельт дал свое согласие.

В конце 1941 года жители Чикаго могли заметить на территории одного из стадионов необычное оживление, которое не имело к спорту ни малейшего отношения. К воротам его то и дело подъезжали машины с грузом. Многочисленная охрана не разрешала посторонним даже приближаться к ограде стадиона. Здесь, на теннисных кортах, расположенных под западной трибуной, Энрико Ферми готовил свой опаснейший эксперимент — осуществление контролируемой цепной реакции деления ядер урана. Работы по сооружению первого в мире ядерного реактора велись днем и ночью в течение года.

Наступило утро 2 декабря 1942 года. Всю ночь ученые не смыкали глаз, снова и снова проверяя расчеты. Шутка ли сказать: стадион находится в самом центре многомиллионного города, и хотя расчеты убеждали в том, что реакция в атомном котле будет замедленной, т. е. не будет носить взрывного характера, рисковать жизнью сотен тысяч людей никто не имел права. День уже давно начался, пора было завтракать, но об этом все забыли — не терпелось как можно скорее приступить к штурму атома. Однако Ферми не торопится: надо дать уставшим людям отдохнуть, нужна разрядка, чтобы затем снова все тщательно взвесить и обдумать. Осторожность и еще раз осторожность. И вот, когда все ждали команду начать эксперимент, Ферми произнес свою знаменитую фразу, вошедшую в историю покорения атома, — всего два слова: «Идемте-ка завтракать!».

Завтрак позади, все вновь на своих местах — опыт начинается. Взгляды ученых прикованы к приборам. Томительны минуты ожидания. И, наконец, счетчики нейтронов защелкали, как пулеметы. Они словно захлебывались от огромного количества нейтронов, не успевая их считать! Цепная реакция началась! Это произошло в 15 часов 25 минут по чикагскому времени. Атомному огню позволили гореть 28 минут, а затем по команде Ферми цепная реакция была прекращена.

Один из участников эксперимента подошел к телефону и заранее условленной шифрованной фразой сообщил начальству: «Итальянский мореплаватель добрался до Нового Света!» Это означало, что выдающийся итальянский ученый Энрико Ферми освободил энергию атомного ядра и доказал, что человек может контролировать и использовать ее по своей воле.

Но воля воле рознь. В те годы, когда происходили описываемые события, цепная реакция рассматривалась прежде всего как этап на пути к созданию атомной бомбы. Именно в этом направлении и были продолжены в Америке работы ученых-атомников.

Обстановка в научных кругах, связанных с этими работами, была крайне напряженной. Но и здесь не обходилось без курьезов.

Осенью 1943 года было решено вывезти из оккупированной немцами Дании в Америку крупнейшего физика Нильса Бора, чтобы использовать его громадные знания и талант. Темной ночью» на рыбацком суденышке, тайно охраняемом английскими подводными лодками, ученый под видом рыбака был доставлен в Швецию, откуда его на самолете должны были переправить в Англию, а уж затем в США. Весь багаж Бора состоял из одной бутылки. Эту обычную зеленую бутылку из-под датского пива, в которой он тайком от немцев хранил бесценную тяжелую воду, физик берег как зеницу ока: по мнению многих ученых-атомников, именно тяжелая вода могла служить замедлителем нейтронов для ядерной реакции. Бор очень тяжело перенес утомительный полет и, как только пришел в себя, первым делом проверил, цела ли бутылка с тяжелой водой. И тут, к своему великому огорчению, ученый обнаружил, что стал жертвой собственной рассеянности: в его руках была бутылка с самым настоящим датским пивом, а сосуд с тяжелой водой остался дома в холодильнике.

Когда на гигантских заводах Ок-Риджа, расположенных в штате Теннесси, был получен первый небольшой кусочек урана-235, предназначенный для атомной бомбы, его отправили со специальным курьером в скрытый среди кантонов штата Нью-Мексико Лос-Аламос, где создавалось это смертоносное оружие. Курьеру, которому предстояло самому вести машину, не сказали, что находится в переданной ему коробочке, но он не раз слышал жуткие истории о таинственных «лучах смерти», рождаемых в Ок-Ридже. Чем дальше он ехал, тем большее волнение охватывало его. В конце концов он решил, при первом же подозрительном признаке в поведении коробочки, спрятанной позади его, бежать от машины что есть мочи. Проезжая по длинному мосту, шофер внезапно услышал сзади громкий выстрел. Словно катапультированный, он выскочил из автомобиля и побежал так быстро, как не бегал еще никогда в своей жизни. Но вот, пробежав изрядное расстояние, он остановился в изнеможении, убедился, что цел и невредим, и даже отважился оглянуться. А тем временем за его машиной уже вырос длинный хвост нетерпеливо сигналивших автомобилей. Пришлось возвращаться и продолжать путь. Но едва он сел за руль, как снова раздался громкий выстрел, и инстинкт самосохранения опять буквально выбросил беднягу из машины и заставил мчаться прочь от злополучной коробочки. Лишь после того, как разгневанный полисмен догнал его на мотоцикле и увидел правительственные документы, испуганный шофер узнал, что выстрелы доносились с соседнего полигона, где в это время испытывали новые артиллерийские снаряды.

Работы в Лос-Аламосе велись в обстановке строжайшей тайны. Все крупные ученые находились здесь под вымышленными именами. Так, Нильс Бор, например, был известен в Лос-Аламосе как Николас Бейкер, Энрико Ферми был Генри Фармером, Юджин Виг-нер — Юджином Вагнером. Однажды, когда Ферми и Вигнер выезжали с территории одного секретного завода, их остановил часовой. Ферми предъявил свое удостоверение на имя Фармера, а Вигнер не смог найти своих документов. У часового был список тех, кому разрешалось входить на завод и выходить из него. «Ваша фамилия?» — спросил он. Рассеянный профессор сначала по привычке пробормотал «Вигнер», но тут же спохватился и поправился: «Вагнер». Это вызвало подозрение у часового. Вагнер был в списке, а Вигнер — нет. Он повернулся к Ферми, которого уже хорошо знал в лицо, и спросил: «Этого человека зовут Вагнер?». — «Его зовут Вагнер. Это так же верно, как и то, что я Фармер», — спрятав улыбку, торжественно заверил часового Ферми, и тот пропустил ученых.

Примерно в середине 1945 года работы по созданию атомной бомбы, на которые было израсходовано два миллиарда долларов, завершились, а 6 августа над японским городом Хиросимой возник гигантский огненный гриб, унесший десятки тысяч жизней. Эта дата стала черным днем в истории цивилизации. Величайшее достижение науки породило величайшую трагедию человечества. Перед учеными, перед всем миром встал вопрос: что же дальше? Продолжать совершенствовать ядерное оружие, создавать еще более ужасные средства уничтожения людей? Нет! Отныне колоссальная энергия, заключенная в ядрах атомов, должна служить человеку. Первый шаг на этом пути сделали советские ученые под руководством академика И.В. Курчатова. 27 июня 1954 года московское радио передало сообщение исключительной важности: «В настоящее время в Советском Союзе усилиями советских ученых и инженеров успешно завершены работы по проектированию и строительству первой промышленной электростанции на атомной энергии полезной мощностью 5000 киловатт». Впервые по проводам шел ток, который нес энергию, рожденную в недрах атома урана. Пуск первой атомной электростанции положил начало развитию новой отрасли техники — ядерной энергетики. Уран стал мирным горючим XX века.

Прошло еще пять лет, и со стапелей советских судоверфей сошел первый в мире атомный ледокол «Ленин». Чтобы заставить работать его двигатели во всю мощь (44 тысячи лошадиных сил!), нужно было «сжечь» всего несколько десятков граммов урана. Небольшой кусок этого ядерного топлива способен заменить тысячи тонн мазута или каменного угля, которые вынуждены перевозить обычные теплоходы, совершающие, например, рейс Лондон — Нью-Йорк. А атомоход с запасом уранового топлива в несколько десятков килограммов может в течение трех лет сокрушать льды Арктики, не заходя в порт на «заправку». В 1974 году приступил к исполнению своих «обязанностей» еще более могучий атомный ледокол «Арктика»: мощность его двигателей — 75 тысяч лошадиных сил! 17 августа 1977 года «Арктика», преодолев казавшийся несокрушимым ледовый панцирь Центрального полярного бассейна Северного Ледовитого океана, достигла Северного полюса. Осуществилась вековая мечта многих поколений моряков и полярных исследователей, и уран внес в решение этой проблемы свою лепту. У самого могучего атомного ледокола появились уже две «сестры» — «Сибирь» и «Россия».

С каждым годом доля ядерного горючего в мировом балансе энергоресурсов становится все ощутимее. Несколько лет назад в СССР начала действовать первая промышленная атомная электростанция с реактором на так называемых быстрых нейтронах. Важной особенностью таких реакторов является то, что в качестве ядерного горючего они могут использовать не дефицитный уран-235, а самый распространенный на земле изотоп этого элемента — уран-238. При этом в реакторе не только выделяется огромное количество энергии, но и образуется искусственный элемент полоний-239, который сам способен делиться, а значит, и быть источником ядерной энергии. «Получается как бы так, — писал И.В. Курчатов, — что сожжешь в топке уголь, а выгребешь вместе с золой еще больше угля».

Достоинства ядерного топлива несомненны. Вместе с тем использование его сопряжено со многими трудностями, из которых едва ли не важнейшая — уничтожение образующихся радиоактивных отходов. Спускать их в специальных контейнерах на дно морей и океанов? Зарывать их глубоко в землю? Вряд ли таким образом можно полностью решить проблему: ведь в конечном счете смертоносные вещества при этом остаются на нашей планете. А не попытаться ли отправить их куда-нибудь подальше — на другие небесные тела? Именно такую идею выдвинул один из американских ученых. Он предложил грузить отходы атомных электростанций на «товарные» космические корабли, следующие по маршруту Земля — Солнце. Разумеется, сегодня подобные «посылки» дороговато обошлись бы отправителям, но, по мнению некоторых оптимистически настроенных специалистов, через какой-нибудь десяток лет эти транспортные операции станут вполне оправданными

В наше время уже не нужно обладать богатой фантазией, чтобы предсказать урану великое будущее. Уран завтра — это космические ракеты, устремленные в глубь Вселенной, и гигантские подводные города, обеспеченные энергией на десятки лет, это создание искусственных островов и обводнение пустынь, это проникновение к недрам Земли и преобразование климата нашей планеты.

Сказочные перспективы открывает перед человеком уран — один из удивительных металлов природы!

Примечания

1

Возможно, в эту древнюю легенду придется внести существенную поправку: по сообщениям печати, монокль Нерона, хранящийся в Ватикане, недавно якобы попал в руки специалисту-минералогу и оказалось, что кристалл представляет собой не изумруд, а хризолит

(обратно)

2

История науки и техники знает немало примеров, когда двум ученым в один и тот же год удавалось прийти к одинаковым выводам или открытиям. Данное совпадение «усугубляется» тем, что Холл и Эру родились в 1863 году, а скончались оба изобретателя, словно сговорившись, в 1914 году.

(обратно)

3

В очерке «Вечный спутник железа» читатели уже встречались с термином «полуметалл», который впоследствии утратил смысл, а бывшие полуметаллы обрели статус металлов

(обратно)

4

Любопытно, что по-гречески карандаш и сейчас называется «молибдос».

(обратно)

5

29 апреля 1902 года в 10 часов 40 минут время начало отсчитывать второй миллиард минут новой эры

(обратно)

Оглавление

К ЧИТАТЕЛЮ

Легчайший из легких

Металл космического века

Борец с усталостью

«Серебро» из глины

Сын земли

«Витамин V»

Загадочный «X»

Вечный спутник железа

Великий труженик

Заряд мирных пушек

«Медный дьявол»

Сменившая камень

Покрывало для стали

«Одежда» урановых стержней

Сорок первый

Союзник железа

Лунный металл

«Твердый», но … мягкий

Рожденный в муках

Дающий свет

За тремя замками

«Царь металлов» — металл царей

«Серебряная вода»

Погубивший Рим

Топливо XX века

*** Примечания ***