AUF DER SPUR
DER ELEMENTE
Von Prof. Dr. rer. nat habil. Siegfried Engels und Dr. rer. nat Alois Nowak
Mil 210 Bildern
VEBDeutsdierVeriagfurGrundstoiTindustrie • Leipzig

3. Энгельс,
А. Новак
ПО СЛЕДАМ
ЭЛЕМЕНТОВ
БИБЛИОТЕЧНАЯ СЕРИЯ
Период с немоцсого инж. А^.Гуоовс1сого
МОСКВА МЕТАЛЛУРгаЯ-1983

УДК 669,1/8
Энгельс 3., НовакА.
Э625 По следам элементов. Пер. с нем. - 2-е изд. - М.:
Металлургия, 1983.222 с. ил. - (Библ. серия).
ИСБН
В увлекательной форме авторы рассказьшают об истории открытия
химических элементов на фоне развития всей культуры человечества,
показывают, на каком этапе развития техники люди знакомились с тем
или иным металлом, как человек использовал металлы и другие
элементы в различных сферах своей деятельности, в повседневной практике.
Для широкого круга читателей.
2600000000 - 191
Библиотечная серия
040(01)-83
©VEB Deutsche! Verlag fur Grundstoffindustrie, Leipzig, 1977
© Перевод на русский язык. Издательство "Металлургия", 1983

ПРЕДИСЛОВИЕ
К ПЕРВОМУ НЕМЕЦКОМУ ИЗДАНИЮ
Эта книга — не учебник химии и не историческое сочинение, хотя речь в
ней идет о хи\ши и содержатся в ней разнообразные "истории". Мы хотели
на примере одной из областей химии показать всем интересующимся
естественными науками и историей читателям, как развивалась наука. Кроме
того, мы преследовали цель ознакомить читателя с характером химического
мышления и химической технологией. И, наконец, мы очень хотели, чтобы
наш читатель после этой книги обратился бы к другой литературе по
химии.
В книге предметно показано возникновение технологических
процессов, особенно металлургических. Рассмотрены также определенные аспекты
химии элементов. История открытия и использования химических
элементов представлена в процессе общего развития техники, причем особое
внимание уделяется значению и применению элементов. Чисто теоретические
аспекты приводятся лишь там, где они, безуловно, необходимы для
понимания всех взаимосвязей (например, при рассмотрении понятия элемента,
изложении теории флогистона, описании открытия трансуранов).
Мы ставили себе целью познакомить читателя и с личностями, внесшими
существенный вклад в развитие химии и физики. Из нашей книги читатель
узнает о заслугах ученых, которые "навели порядок" в семье химических
элементов, обогатили систему рядом новых членов и о многих других.
Благодарим всех, кто помог нам в работе над книгой.
Зигфрид Энгельс Алоиз Новак
Январь 1971 г.

ИСТОРИЯ БЕЗ ГЕРОЕВ
"... Знакомство с ходом исторического развития
человеческого мышления . , , необходимо для теоретического
естествознания и потому, что оно дает масштаб для оценки выдвигаемых им
самим теорий '\
Маркс К. у Энгельс Ф.
Соч., изд. 2-е. Т. 20, с. 367.
ПРОГНОЗЫ И ИСТОРИЯ Еще цикогда будущее для человечества
не казалось таким ощутимо близким,
как в наше время. Для нас стало уже обычным сегодня составлять
прогнозы на десятилетия, а охватываемое зтими прогнозами время кажется
нам столь же хорошо обозримым, как современность. На)дшые методы
планирования и руководства позволяют нам предсказывать заранее на годы
контрольные дифры производства, изменения капитальных затрат и даже
результаты научных исследований. Такие "провидения" будущего в нашу
высокотехницизированную эпоху — не рискованные заявления. Они
неизбежно вытекают из современного уровня научно-технического развития.
Водитель, мчащийся с огромной скоростью, не должен смотреть только на
кусочек дороги перед радиатором машины — он должен видеть дальний
поворот и ему необходимо рассчитать заранее, как он его пройдет. Так
и темпы нашего промьшхленного развития требуют от нас заглядывать в
будущее. Казалось бы, воспоминаниям о прошлом не остается места и
времени. Действительно, чем могут помочь нам при решении стоящих перед
нами задач оглядки на историю? Нужно ли прошлое, чтобы вдти по пути
на)дшо-технического прогресса?
Ответить на этот вопрос можно только утвердительно по двум причинам.
Во-первых, современный уровень науки и техники основан на знаниях и
опыте живших до нас поколений людей и частично обусловлен этим
опытом. Во-вторых, наз^шо обоснованные прогнозы развития просто
немыслимы без точного знания истории. Для прогнозирования недостаточно
продлить путь развития данной отрасли мысленно из прошлого в будущее.
Для этого нужно строить модели состояния на обозримый период и
исходя из них получать реальные представления о близком и далеком будущем.
Однако сами эти модели можно строить, только основьшаясь на развитии
и опыте прошлого. Так, при составлении прогноза развития черной
металлургии ученые ФРГ исследовали производство стали с 1800 г. Составленный
ими прогноз включал предсказание кислородно-конверторного способа
производства стали. Этот прогноз был опубликован в 1951 г^ т.е. за год до
ввода в эксплуатацию первого кислородного конвертора, у
Итак, все, что вы прочтете в этой книге, относится как к далекому
прошлому, так и к близкому будущему — от медных и бронзовых
инструментов, появившихся на исходе каменного века, до электронных блоков и
атомных электростанций. Очень многое из того, что мы могли бы и
должны были написать, пришлось опустить, так как этот материал не бьш
достаточно связан с нашей темой. Однако мы надеемся, что нам удалось по-

казать, как многие наздшые и технические достижения, которь^ми мы
сегодня гордимся, выстраиваются на прямой знаний, берущейначало в дале-
леком прошлом и идущей в будущее. Наука не стоит на месте.Она
постоянно рождает новые факты, законы, теории, проверяет их и при
необходимости отбрасывает. Только так создается здание науки, и никаким другим
способом его не возвести. Поэтому и важно знать историю науки, чтобы
правильно строить прогнозы ее развития.
"КИРПИЧИКИ" Мы попытаемся рассмотреть в этой
ИЛИ "СТРОИТЕЛЬНЫЕ книге на примере неорганической хи-
МАТЕРИАЛЫ"? мии и химической технологии
некоторые особенности химического (и
частично физического) мышления, а также взаимодействие
производственных процессов химической и металлургичес1Сой промьшхленности с
производительными силами и производственными отношениями своего
времени. К сожалению, многие вопросы рассмотреть не удастся — этого не
позволяет объем книги, но читатель, которого заинтересует все то, о чем
говорится в нашей книге, сможет почерпнуть добавочную информацию из
многих других источников по истории науки и техники и науковедению.
В нашей книге речь пойдет об открытии, получении и применении
химических элементов, примерно 100 химических веществ. Весь окружающий
нас мир построен из этих элементов и даже наши с вами тела содержат
многие из них. Интересная мысль, что многообразие окружающей нас природы
может быть сведено к небольшому числу "кирпичиков", зародилась в
сознании человечества довольно давно. Считалось, что весь мир развился из
некой единой первоматерии. В индийских "Ведах" эта материя называлась
"тад экам", а древние греки назьшали ее "хилз". Эта теория относится
примерно к XII веку до н.э. Слово "хилз" первоначально обозначало "дерево",
но затем приобрело смысл "вещество, материя, первоматерия". Однако от
этой теории пришлось впоследствии отказаться — она мало
соответствовала реальности.
Около 50 г. до н.э. древние римляне назвали "кирпичики", из которых
состоит мир, элементами. Это слово произошло из сочетания трех букв
римского алфавита: "эль", "эм" и "эн". Тем самым ученые древности
хотели показать, что из элементов составлены самые различные вещества,
как из букв составляются слова и фразы. Более правильным было бы
считать "кирпичиками" атомы. Элементы же по нашим воззрениям
представляют собой "виды кирпичиков", т.е. они скорее "строительные материалы"
материальных объектов. Научное определение химического элемента
звучит следующим образом: химический элемент представляет собой
вещество, состоящее из атомов с одинаковым зарядом ядра (атомным номером).
Это определение содержит такие понятия, о которых наши предки и
представления не имели. Большой путь пришлось проделать человеческому
мышлению и технике, чтобы найти столь простое и точное определение. Мы
попытаемся показать хотя бы часть этого пути.

"ИНДИВИДУУМЫ''в химии Историческое развитое понятая элемен-
И ОБЩЕСТВЕ та и химии вообще — это только одна
сторона, которую мы предполагаем
рассмотреть в книге. Большой интерес представляют для нас свойства
элементов, наличие их в природе и применение в тех или иных областях
человеческой деятельности. Действительно, при ближайшем рассмотрении
оказьшается, что у этой сотни "кирпичиков" имеются четко выраженные
отношения сходства и родства, а между некоторыми — не менее четкие
различия. В общем, каждый иэ них — "индивидуум". И в любую эпоху были у
человечества свои "любимчики". В древности и раннем средневековье это
были металлы, в позднем средневековье — сурьма и фосфор, в период
зарождения современной химии — кислород. Сегодня наибольший интерес
для человечества представляют так называемые искусственные элементы,
а завтра, может быть, самым интересным станет элемент, который сейчас
наука не балует своим вниманием. Разумеется, роль того или иного
элемента в науке и технике зависит от уровня развития средств
производства и (в широком смысле этого слова) от производственных отношений
данной эпохи. В этом штане исследователи и созидатели могут быть названы
собственно героями этой книги, хотя на конкретных людях и их судьбах
авторы останавливаются лишь в немногих случаях не потому, что эти
немногие были более великими, чем пришедшие до или после них, а потому,
что они стояли в точках пересечения всех линий развития своей эпохи, и
в их воззрениях и судьбах как бы сфокусировалась сама эпоха. Таким
образом, ни их заслуги, ни заслуги многих других исследователей,
упомянутых в этой книге вскользь или не упомян)пых вовсе, никоим образом
не преуменьшены. Выдающийся ученый нашего времени Дж. Д. Бернал
выразил эту мысль так: "Естественно, крупные личности оказали решающее
влияние на развитие науки, однако их заслуги нельзя рассматривать в от-
рьше от их общественого окружения . . . Тот факт, что они были людьми
своего времени, формировавшимися под воздействием тех же влияний и
того же общественного давления, что и другие их современники, только
повышает их значение. Чем крупнее личность, тем больше она выходит за
пределы своего времени. Только так она может охватить все особенности
эпохи, чтобы коренным образом изменить образ мыслей и действий".
ВЗГЛЯД В КОСМОС Пока мы еще не начали описьшать
сложные и многосторонние связи между
людьми и химическими элементами, хотелось бы кратко остановиться
на одном процессе, начавшемся очень давно и продолжаю1цемся по сей
день, а именно на возникновении элементов. Правда, при этом мы выйдем
за пределы собственно химии, так как этот процесс не является
химическим. Более того, для исследования этих вопросов мы используем данные
двух других наук — физики и астрономии.
Спектральный анализ (подробно о нем будет рассказано позже) пока-
зьшает, что на Солнце имеется около 70 элементов из примерно 90,
встречающихся на Земле. Оценка их распределения по интенсивности
спектральных линий указывает, что примерно 60 % солнечной атмосферы приходится
на долю водорода. Второе место занимает гелий (6 %), а остальные зле-
8

менты распространены гораздо меньше. Например, содержание к^ислорода
в 1000 с лишним раз ниже содержания водорода. У звезд помоложе, чем
Солнце, содержание водорода превышает даже 90 %.
Эти данные и вопрос о происхождении солнечной энергии привели
некоторых физиков к принятию гипотезы, что внутри Солнца водород
сгорает в гелий; масса при зтом уменьшается на 7 % и происходит
значительное вьщеление энергии (согласно теории Эйнштейна масса переходит в
энергию). Этот процесс протекает при температуре более 20 миллионов
градусов, но мы надеемся, что когда-нибудь он будет использован для
получения энергии и на Земле. А что же происходит с гелием? Есть основания
предполагать, что при температуре 200 миллионов градусов и выше он
тоже "сгорает", причем сначала получается бериллий (этот процесс идет с
поглощением энергии), а на втором этапе бериллий соединяется с гелием,
образуя углерод, с вьзделением огромного количества энергии:
^Не + ^Не + 95 кзВ -> »Ве + 7 ,
^ Не + *Ве-* ^2С+7+ 7,4МэВ.
Одновременно при других реакциях возникает множество нейтронов,
участвующих в дальнейших процессах создания элементов.
По-видимому, так получаются легкие элементы.
Элементы группы железа, часто встречающиеся в металлах и поэтому
порой назьшаемые "космическими", возникают, вероятно, при еще
более высоких температурах; они могут накапливаться в больших
количествах, так как их ядра стабильны. Затем из них в/так называемых
сверхновых звездах образуются уран и прочие тяжелые элементы, которые на
Земле получают при искусственных ядерных реакциях (калифорний,
технеций) .
Даже такой краткий обзор показьшает, что количественное
распределение элементов в земной коре обусловлено теми процессами, которые в
свое время привели к образованию этих элементов. Большая
распространенность кислорода и кремния, малая распространенность золота и
платины — логическое следствие процессов образования элементов. Тем не
менее мы знаем, что все элементы, которые могут оставаться стабильными
в течение долгого времени, представлены на нашей планете. Как
показывает опыт человечества, запасы этих элементов предоставляют все
возможности для построения технологической цивилизации, обеспечивающей
людям надежное существование в комфортных условиях жизни.
Возможно, в будущем потребуется заменить тот или иной элемент,
используемый для некоторых или даже для многих целей, другим элементом
или соединением. Но это задача, которую можно решить, если удастся
решить главную задачу — проблему общественного устройства, особенно
обостренную в наше время, начиная от настоятельной необходимости
обеспечения мира и хлеба для всего человечества до удовлетворения его
социально-духовных потребностей. Ыаша Земля дает нам все возможности.
Вот только как мы их используем?

у истоков КУЛЬ ТУРЫ
СТАРЫЕ ДОБРЫЕ ВРЕМЕНА''? Естественные науки и техника не
всегда пользовались таким з^ажением, как
в наши дни. На протяжении долгих столетий многие люди относились к
научным знаниям и новшествам весьма скептически, а то и вовсе их
отвергали. Этот скепсис отразился и в литературе того времени. Самым
значительным литературным и философским отражением его явилась легенда,
дошедшая до нас в строках древнегреческого позта Гесиода, жившего в
VIII—VII веках до н.з. Он говорил, что после создания рода человеческого
был золотой век, когда люди жили под управлением титана Кроноса в
естественной простоте, не зная труда, войн и бед:
Жили те люди, как боги, с спокойной и ясной душою.
Горя не зная, не зная трудов. И печальная старость
К ним приближаться не смела. Всегда одинаково сильны
Были их руки и ноги. В пирах они жизнь проводили,
А умирали, как будто объятые сном... *
За золотым последовали серебряный и медный (бронзовый) века. Это
бьшо время постепенного упадка нравов и начала войн. Если понятия
золотого и серебряного веков можно считать аллегориями, то при описании
медного века позт однозначно указывает на то, что людям была известна
медь: Были из меди доспехи у них и из меди жилища.
Медью работы свершали: никто о железе не ведал.
Наконец, свою эпоху Гесиод описывает следующими словами:
Землю теперь населяют железные люди. Не будет
Им передышки ни ночью, ни днем от труда и от горя
И от несчастий...
Сегодня мы знаем, что на заре цивилизации люди не проводили жизнь
пирах" на идиллических лугах золотого века, а осваивали с помощью
каменных орудий в "трудах и
горе" суровую и враждебную
им природу. И хотя мы
частенько посмеиваемся над
достижениями научно-технического
прогресса, называя их
"плодами цивилизации", мы
никогда от этих достижений не
откажемся. Поэтому не будем
отвергать эту старую легенду
(которая имеется и у многих
других народов) — ведь она
говорит о неодолимой тяге
прошлых поколений к миру и
социальной справедливости, а
также о горьком опыте
человечества, показывающем, что
в
J 5.
раОы в шахте
Здесь и далее стихи Гесиода даны в переводе В.В.Вересаева. Прим. перев.
10

сам по себе технический прогресс в производстве без общественных
изменений и изменений прав собственности редко приносил трудящимся
людям что-либо хорошее.
ПОЭЗИЯ НЕСЕТ ИНФО^*МЛЦИЮ Легенда о веках знакомит нас не только
с желаниями и стремлениями людей той
эпохи. Она содержат также интересные исторические сведения: все
упомянутые здесь металлы ко времени Гесиода уже давно были известны в
области Средиземноморья. Привлекать для изучения ранней истории
человечества столь скудные сведения в пришщпе целесообразно, так как
расколки не всегда дают однозначные ответы на вопросы историков. Например,
в наружном ряду плит пирамиды Хеопса был найден нож с железным
клинком, который следовало бы датировать 2900 г. до н.э., если бы ... удалось
установить, что он так же древен, как и сама пирамида. Нож с успехом мог
попасть в кладку значительно позже, например при грабеже пирамиды.
Долгое время в среде историков царило заблуждение, вызванное тем, что
в захоронениях, относящихся к периоду после открытия железа,
встречалось больше бронзовых предметов, чем в предшествующих захоронениях.
Многие ученые делали из этого вывод, что человечество (после
поверхностного знакомства с золотом и метеоритным железом) сначала освоило
производство железа и лишь потом начало изготовлять бронзу; поэтому
само существование бронзового века отрицалось. При этом технические
трудности производства железа считали настолько незначительными, что
начало черной металлургии относили к пятому или даже шестому
тысячелетию до нашей эры. Считали, что получение железа из богатых руд и
древесного угля в неглубоких ямах — дело нехитрое. При этом вспоминается
известное шутливое выражение: "Там, где много бензина и воздуха, самое
легкое дело — летать на самолетах".
В действительности человечество на заре своей истории только после
бесчисленных опытов и преодоления огромных трудностей смогло освоить
производство и обработку металлов. Именно этим и объясняется явное
противоречие в количестве бронзовых находок. Только в железном веке
люди имели достаточно высокоразвитую технику и железные орудия для
добычи руды и обработки бронзы; поэтому они могли производить
бронзовые изделия для повсеместного употребления. Ведь обработку дерева
и кости человечество по-настоящему начало только после появления
каменных орудий. Отсюда можно предположить, что обработка камня достигла
своего наивысшего расцвета только после знакомства с металлами, как это
оыло в старых южноамериканс- Египетские зттокузнецы (рисунок периода
ких культурах. Дж. Д. Бернал Древнего царства)
пишет: "Железо не вытеснило
бронзу, а только дополнило ее
употребление для повсеместного
обихода. В железном веке
изготовлялось и перерабатывалось
даже больше бронзы, чем в
самом бронзовом веке".
Поэтому письменные или изобра-
U

зительные свидетельства обработки металла в древности становятся
ценным подтверждением археологических находок.
БОЖЕСТВЕННЫЙ КУЗНЕЦ Письменные и устные сказания
начального периода истории человечества
дают нам и такую информацию, которую нельзя прямо или косвенно
получить по результатам археологических раскопок. Сюда относятся,
например, представления, связанные у людей того времени с металлами и их
производством. Получение из "камня" огненно-жидкого металла и его
превращение в отливку, соответствующую форме, должно было казаться
людям сказочным и таинственным и давать большой простор для фантазии.
Так, мексиканские индейцы рассказывали, что в их стране (в Мексике
технический уровень обработки металла был значительно выше, чем в других
странах американского континента, но завоевание страны испанцами и
связанное с этим ее опустошение привели к утере секретов производства)
было известно искусство "смягчать" металл с помощью волшебных трав,
чтобы затем придать ему нужную форму.
Однако если растения и животные считалж^ь творениями богов, то по
отношению к металлам человек сам ощущал себя творцом. Позтому
существует бесчисленное множество мифов и сказаний о сотворении растений
и животных, но очень мало мифов о сотворении металлов, да и те
относятся только к конкретным местам, и по-видимому, возникли
относительно поздно. Так, древние греки связывали золотые россыпи в бассейне реки
Пактол (вообще месторождений золота в Греции было мало) с именем
царя Мидаса. В благодарность за спасение своего воспитателя Силена бог
плодородия и виноделия Вакх пообещал фригийскому царю Мидасу
выполнять любое его желание. Тот пожелал, чтобы все, к чему он
прикоснется, превращалось в золото. Однако Мидас не учел, что в золото будет
превращаться и пища, т.е. тем самым он обрекает себя на голодную
смерть. Очень скоро Мидас обратился к Вакху с просьбой лишить его
этого дара. Вакх приказал ему искупаться в Пактоле. И когда Мидас
прикоснулся к песчаному ложу Пактола, речка стала золотоносной, а царь
освободился от своего злосчастного дара. В старинной германской саге о
золоте Рейна упоминаются небольшие месторождения золота в бассейне этой
реки.
Но если металл рожден не природой, а искусством металлурга, то люди,
овладевшие этим искусством, — по меньшей мере колдуны, а то и боги.
Такое мнение было весьма распространено. Германские мифы
рассказывают не только о волшебном кузнеце Виланде, но и об искусных в
колдовстве и кузнечном деле карликах. Соперничество между ними, в которое их
вовлек бог огня Локи, стало сюжетом многих произведений искусства,
в том числе известной статуэтки "Тор с молотом"*. Представители
негритянских племен, живущих западнее озера Ньясса, рассказывали в прошлом
веке английскому путешественнику и исследователю Африки Давиду Ли-
* Эта бронзовая статуэтка, найденная в Исландии, датируется примерно 1000 г.
и относится к шедеврам мирового искусства. Тор в германоч;кандинавской
мифологии — бог грома, бури и плодородия. Прим. ред. ^
12

вингстону, что искусству плавить железо их научил бог Чизумпи. Ацтеки
связывали искусство обработки металла с богом Кетцалькоатлем —
господином океана и подземных вод. Наконец, бог Гефест у древних греков и
Вулкан у древних римлян были кузнецами божественного происхождения.
В СТОРОНЕ от ОБЩЕСТВА У первобытных народов кузнецы почти
всегда образовывали особую касту.
Кое-где ее возвеличивали, кое-где сторонились, но всегда она была
окружена атмосферой тайны и чуда. Например, у африканского племени фан,
живущего в бассейне Конго, кузнец вьшолняет обязанности жреца и врача,
а негры, населяющие район реки Огове (там производство железа
неизвестно) , приносят в храмы кузнечные мехи и воздают им божественные
почести. У многих племен бассейна Нила, например бари и динка, кузнецы,
напротив, стали кастой отверженных. Однако такое особое положение среди
соплеменников, объясняется не только описанными вьпне мифическими,
но и реальными причинами. Человек, работающий с металлом, не пр^сни-
мает прямого участия в производстве средств питания, поэтому пищей его
снабжает племя. Многие историки отмечали, что племенная община
может содержать кузнеца лишь тогда, когда у нее есть избыток продуктов
питания. Поэтому применение металлов является признаком широкого
разделения труда и известного избытка продуктов питания. Но кроме
этого, применение металлов может быть признаком межрегионального обмена
товарами, так как очень редко в одном и том же месте можно добывать
руду, плавить металл и производить продукты питания в достаточных
количествах. И наконец, применение металлов говорит о том, что имеется
потребность в изготовленных из этих металов орудиях труда. Эта потребность
может быть объяснена тем, что на наносных, благоприятных для
земледелия равнинах, где, однако, нет камней для производства орудий,
применяются металлические орудия, так как их можно перековать или
переплавить в случае износа. Но гораздо вероятнее, что металлическими изделиями
пользовалась не вся община, а только незначительная правящая
прослойка, заказывавшая золотые и серебряные сосуды, которые были
предметами роскоши и отправления культов, а также бронзовое или железное
орз^жие для ведения войны. Простой же народ долгое время еще
пользовался каменными орудиями, которые были хотя и менее долговечными,
но обходились намного дешевле металлических. Только с появлением
новых технологий, например с возникновением строительного искусства,
металлические орудия стали жизненной необходимостью.
КТО ЖЕ БЫЛ ПЕРВЫМ? Мы уже знаем, что на смену так
называемому каменному веку пришел
бронзовый, а за ним — железный. Но с каким металлом человечество
познакомилось раньше всех других? Это может быть только металл, который
встречается в природе в самородном виде и который можно обрабатывать
приемами каменного века, т.е. деформировать ударами, сверлить и шлифовать.
Многие ученые полагали, что таким металлом следует считать золото, так
как оно почти всегда встречается в виде самородков, очень заметно и легко
13

обрабатывается молотом. За ним должны были последовать серебро, медь,
бронза и, наконец, железо. Это та же последовательность, которую
приводит Гесиод.
Однако недавно появилось мнение, что первый металл, с которым
познакомилось человечество, была медь; это было за пять тысячелетий
до нашей эры в области Армении и Анатолш^. В это же время в Азии
впервые начали использовать эолото. Сплавы золота и серебра стали применять
примерно за 3800 лет до н.э., а серебро — за 2500 лет до н.э. (в той же
области Армении и Анатолии). Другие народы познакомились с этими
металлами значительно позже, о чем еще будет сказано.
Естественно, вначале эти первые металлы использовали лишь в малых
количествах. Только с развитием сельского хозяйства и возникновением
больших общин (городов и государств), возросло потребление
металлических изделий и расширились возможности их производства. В Египте уже
во времена IV династии (2900—2750 гг. до н.э.) золото добывали в шахте
в болыш1Х масштабах. Около 1350 г. до н.з. на великолепно украшенную
золотую гробницу фараона Тутанхамона пошло 110,4 кг золота. Со времен
IV династии в Египте в больших количествах получали и медь, а серебро,
месторождений которого на территории Египта не было, приходилось
ввозить, поэтому до времен XVIII династии (1580—1350 гг. до н.э.) оно было
дороже золота.
НЕИЗВЕСТНЫЕ ПОМОЩНИКИ Вероятно, в древности медь не могла
бы вытеснить каменные орудия, если
она была чистой. Ведь чистая медь не обладает достаточной твердостью,
во всяком случае она мягче камня, применявшегося для изготовления
орудий (кремния или обсидиана). Но, как показывают химические
исследования, древняя медь в редчайших случаях была чистой; обычно она
содержала примеси цинка, свинца, мышьяка, сурьмы, железа, никеля,
серебра, золота и других металлов. Некоторые из этих примесей повьпцают
твердость меди. Более того, если такую медь нагреть и охладить в воде,
то ее твердость еще более повысится; чистая же медь не закаливается.
Пока люди обрабатывали только самородную медь, приходилось
довольствоваться теми свойствами, которыми обладал этот металл. И даже после
этого, когда научились получать медь восстановлением из руд, еще
некоторое время довольствовались свойствами полученного металла. Однако потом
начали воздействовать на свойства меди, добавляя к медной руде при
восстановлении руды других металлов, причем вначале металлурги и не
знали этих металлов в чистом виде. Особенно частой была добавка к меди
6—12 % свинца, в результате чего плавкость меди улучшалась. Вскоре после
этого, правда, металлурги познакомились и с металлическим свинцом;
сначала его применяли для изготовления маленьких фигурок, амулетов и
т.д. Позже древние римляне широко применяли свинец для изготовления
водопроводных труб. Часто добавляли к меди также мышьяк (до 8 %),
♦Обнаруженные в 50-60-х гг. нашего века в юго-западной части Малой Азии следы
выплавки меди датируются даже седьмым-шестым тысячелетием до нашей эры. Прим,
ред,
14

хотя металлический мышьяк (полученный с большими трудностйми) был
известен людям древности.
С металлическим оловом древние металлурги познакомились тоже
гораздо позже того, как они начали добавлять оловянную руду к медной
для получения оловянной бронзы. Значит, поначалу было неизвестно,
почему улучшались свойства меди при добавке оловянной руды к медной.
Несмотря на это, такая добавка быстро распространилась; и сейчас по
содержанию олова в бронзе археологи могут даже определить время
изготовления изделия. Разумеется, соотношение медной и оловянной руд
металлурги определили не сразу, а путем длительных опытов. Наиболее древние
изделия из оловянной бронзы датируются 3300 г. до н.з., а самые старые
оловянные изделия относятся к периоду 1580—1350 гг. до н.э. К тому же
времени относится и роспись на египетской гробнице, изображающая
производство бронзы путем сплавления металлических меди и олова. Все же
неоднократно упоминаемое в Библии олово не могло быть чистым; речь
здесь идет о сплавах меди с большим содержанием олова.
Еще в древнем Вавилоне (около 3000 г. до н.э.) для "облагораживания"
меди использовали также цинковые руды. Однако этот опыт древних
металлургов впоследствии был з^ерян, так как египтянам латунь была, по-
видимому, неизвестна. В древнем Израильском царстве латунь применяли,
о чем можно судить по результатам археологических раскопок и
многократных упоминаний в Библии, однако она, вероятно, была более или
менее случайным продуктом производства. Систематическим
производством латуни занимались только римляне, получавшие ее путем
совместного восстановления медных и цинковых руд. До XVIII века такой
способ был единственным при производстве латуни; он применялся даже
в XIX веке, хотя металлический цинк был получен в Индии еще в 1200 г.
до н.э.
ЛУЧШИЙ ПРИХОДИТ Естественно, человечество сначала озна-
ПОСЛЕДНИМ комилось С металлами, которые в
природе встречаются в самородном виде.
Затем люди научились производить металлы, легко получаемые из руд,
и только потом познакомились с металлами, которые, как цинк, трудно
получить из руды. Когда же человек начал использовать железо?
Железо принадлежит к металлам, встречающимся в природе в чистом
виде (вкрапленные в базальт включения, метеоритное железо), однако в
очень малых количествах. Археологи отмечают большой промежуток
времени от первой находки обработанного железа, датируемого 3200 г. до н.э.
(это было найденное в египетской гробнице ожерелье из золотых и
железных бусин), до первого указания на производство железа из руды
(роспись египетской гробницы, относящаяся к 2650—2050 гг. до н.э.). Однако
еще в 1750 г. до н.э. железо было примерно в 15 раз дороже меди и только
с 1300 г. до н.э. оно встречается чаще, чем бронза.
Однако "ценность" железа, о которой здесь идет речь, касается не его
цены в то время, а его значения для развития культуры человечества.
Большое значение железа объясняется тремя причинами: хорошими
техническими свойствами, возможностью получения в больших количествах и де-
15

шевизной. О "дешевизне" железа можно говорить лишь с тех пор, когда
человечество освоило химические и технологические процессы
производства железа; это относится примерно к XV веку. Однако подлинный
расцвет черной металлургии относится к XIX веку, когда были изобретены
бессемеровский, мартеновский и томасовский процессы, а также были
разработаны основы научного исследования железных сплавов. В наше
время в области черной металлургии также появились очень важные
новшества, например разработан кислородно-конвертерный процесс. Позтому,
хотя железо было известно еще древним египтянам, можно сказать, что
оно — один из последних металлов, с которыми "познакомилось"
человечество.
МЕТАЛЛУРГИЯ И ГЕОГРАФИЯ С древности людям были известны семь
металлов: медь, золото, серебро,
свинец, олово и железо (о них уже шла речь) и неназванная ранее ртуть. Этот
металл был найден также в одном из египетских погребений, хотя (как и
в уже упомянзггом случае находки ножа в пирамиде Хеопса) имеются
некоторые сомнения, что маленький сосуд со ртутью, который, очевидно,
был амулетом, относится к тому же времени, что и погребение. Однако
твердо известно, что древние греки и римляне знали ртуть; например.
Плиний Старший говорит о восстановлении золота с изношенного золотого
шитья с помощью рт)гги. Возможно, что о растворении благородных
металлов в ртути знали и древние египтяне. Киноварь (сульфид ртути) была в
древности известна как краска и косметическое средство.
В различных регионах знания и опыт в получении и применении
металлов очень различались между собой. Насколько можно судить по
археологическим находкам и памятникам письменности, первые металлурги
появились среди народов Урарту, Малой Азии, Египта, Месопотамии и Китая,
несколько позже металлургией начали заниматься индийцы и европейские
народы. Южноамериканские индейцы ко времени завоевания Южной
Америки Испанией (XV—XVI века) знали только золото, причем дикие
племена, по-видимому, не умели его обрабатьшать. Медь и бронза у
индейцев были распространены мало, хотя и были известны, особенно в
Мексике и Перу, а железо, несмотря на высокий уровень культуры индейцев,
было совсем неизвестно. Другие, менее культурные и более изолированно
живзшще народы познакомились с металлами еще позже — эскимосы в
XVII, а полинезийцы в XVIII столетии. Причина таких различий в чсполь-
зовании металлов могла заключаться в неодинаковой потребности в
металлических орудиях, что зависело от формы организации данного
общества (об этом говорилось ранее). Второй, также важной, причиной могло
быть наличие благоприятно расположенных месторождений самородных
металлов и легковосстановимых руд. Так, эти месторождения могут
находиться неглубоко под землей или в областях, где имеются возможности
обеспечения продуктами питания и топливом. Если даже в каменном веке
уже была развита торговля и зародилось горное дело, то, по
свидетельству некоторых историков, еще в XIX веке у многих диких племен
перерабатывали только те руды, которые находились близко к поверхности
земли. Таким образом, по степени знакомства какой-либо общности людей
16

с металлами можно сделать вывод о ее социальном развитии, а не о
технических возможностях.
СВЯЩЕННОЕ ЧИСЛО Итак, древние знали семь металлов.
Это не само собой разумеется,
поскольку, во-первых, сплав золота с серебром (у египтян он назьшался "азем", у
древних греков - "электрон") рассматривали как особый металл, а во-
вторых, уже тогда считали, что один металл может превращаться в
другой, о чем еще будет сказано. Во всяком случае, металлы не считали
химическими элементами, как и два хорошо известных в древности
элемента - углерод и серу. Однако рано или поздно люди пришли к мысли
объединить эти семь веществ (золото, серебро, медь, железо, свинец, олово и
ртуть) в одну группу. Здесь, возможно, сыграло роль и то обстоятельство,
что людям уже была известна одна природная "семерка" - семь планет.
К ним причисляли тогда все небесные тела, совершающие движение
относительно Земли, в том числе Солнце и Луну (планеты Уран, Нептун и
11лзп:он тогда еще не были открыты). Был ли к каждой планете
непосредственно отнесен определенный металл или, по воззрениям халдеев, каждый
металл был посвящен какому-либо божеству, которое потом
идентифицировали с планетой, нам сейчас неизвестно. Можно только сказать, что мысль
о соответствии каждого металла определенной планете высказана греком
Олимпиодором (V век до н.э.), но он ссылается на более ранние
источники. Золото было металлом Солнца, серебро — Луны, ртуть — Меркурия,
медь - Венеры, железо — Марса, олово - Юпитера, а свинец - Сатурна.
Для обозначения металлов служили знаки соответствующих планет.
Позже эти обозначения стали использовать также для дней недели.
ЖРЕЦЫ и "БЫДЛО'' ^ конце доисторического периода во
многих общинах были специалисты,
которые могли изготовлять металлы иногда совсем примитивными, а
иногда очень совершенными методами и искусно их обрабатывать.
Технические и художественные способности этих злато- и среброкузнецов, бронзо-
литейщиков, мастеров по стальным изделиям и т.д. вызывают огромное
восхищение и у специалистов нашего времени, особенно если учесть,
какими примитивными инструментами были сделаны эти произведения
искусства, предназначенные зачастую для повседневного употребления. Уже
тогда должны были существовать мастерские, которые могли выполнять
крупные заказы. Так, в одном из храмов бога Тота был найден водопровод
длиной 400 м из кованых медных труб. В Древнем Египте при многих
храмах были мастерские, в которых особо доверенные специалисты
(возможно даже жрецы) занимались технологическими и химическими
процессами. Они зт1«ели не только получать и обрабатывать металлы, но и
изменять их цвет и другие свойства (твердость, температуру плавления),
добавляя к ним присадки. О добавках свинцовых руд или свинца для
снижения температуры плавления меди, производстве бронзы и латуни
мы уже говорили. Тогда же из попыток придания металлу различных
цветов возник способ имитирования, или фальсификации, благородных
металлов. В двух написанных по-гречески папирусах, которые, однако,
2 Библиотечная книга ^ '

являются пересказом более древних египетских источников* так
называемых Лейденском и Стокгольмском папирусах, были найдены
рецепты имитации сплава серебра с золотом "азем" путем добавки серебра к
светлой бронзе, а также рецепты получения "двойного" и "тройного"
азема путем добавки других металлов, в основном меди. Если какая-то
часть тех старых мастеров и верила сначала в такое "умножение"
металла, то его внешний вид должен бы рассеять зто заблуждение. Поэтому
можно считать, что в зтих папирусах описаны обыкновенные способы
подделки. Все же из этой сомнительной тайной науки, которая приносила
жреческой касте несомненные доходы, выросли основы современной
химии.
Однако ни полезность этого искусства, ни тайна, которой оно было
окружено, не дают нам основания считать, что люди, занимавшиеся
наукой, были одновременно и рабочими на этой исключительно "грязной"
работе. Нельзя забывать, что греческая философия была направлена в
основном на духовную деятельность, а любая физическая работа,
особенно работа с металлом, считалась недостойным занятием. При этом
дальше всех пошел Аристотель, которому приписываются слова: "Нам нужны
красильщики и парфюмеры, но мы считаем их презренными
ремесленниками, быдлом". Правда, такие "возвышенные" взгляды уже и в то время
разделяли далеко не все. Прекрасным свидетельством этому служат
строки из гомеровской "Илиады" с описанием щита Ахилла, искусно
изготовленного из нескольких металлов*. Хотя изготовивший этот щит мастер и
носит имя бога кузнечного мастерства Гефеста, эти строки остаются
памятником восхищения высоким профессиональным мастерством, искусством
и творческим поискам древних металлургов:
Сам он в огонь распыхавшийся медь некрушимую ввергнул.
Олово бросил, сребро, драгоценное злато; и после
Тяжкую наковальню насадил на столп, а в десницу
Молот огромнейший взял, и клещи захватил он другою .. .
Сделал на нем отягченный гроздием сад виноградный.
Весь золотой, лишь одни виноградные кисти чернелись;
И стоял он на сребряных, рядом вонзенных подпорах.
Около саду и ров темно-синий, и белую стену
Вывел из олова; к саду одна пролегла тропина . . .
Нива, хотя и златая, чернеется сзади орющих.
Вспаханной ниве подобясь; такое он чудо представил**.
* Вряд ли правомерно говорить о том, что Гомер **не разделял'* взгляды
Аристотеля, жившего на несколько столетий позже. Прим. перев,
** Перевод Н.И.Гнедича. Прим, перев.

символ ВЕКА
(бронза, олово, медь)
что СЛУЧИЛОСЬ Даже тем, кто не особенно жаловал ис-
В БРОНЗОВОМ ВЕКЕ? торию В школе, известны три
исторических периода, названные по имени
материалов, применявшихся для изготовления орудий труда и оружия:
каменный, бронзовый и железный века. Если для перехода от одного
материала к другому выбрать самый ранний "в международном масштабе"
момент, то начало бронзового века (в Египте и Месопотамии) можно
отнести к 3300 г. до н.э., а его окончание — к 1800 г. до н.э. Однако
повсеместное внедрение новых материалов должно продолжаться примерно
500 лет (о региональных различиях во времени мы говорили в предыдущей
главе). За 1500 лет бронзового века были построены города, насчитьюав-
шие сотни тысяч жителей, основаны империи, располагавшие армиями,
флотами, развитой внешней торговлей и хорошо функционировавшей
системой гражданского управления, сооружены крупные ирригационные
установки и общественные здания. Короче, были заложены основы культуры,
которыми мы гордимся и поньше.
Почему же главным материалом того периода была бронза? Можно
утверждать, что медь люди использовали намного раньше. Сначала это была
металлическая медь, которую обрабатывали так же, как и орудия из кости
или камня (ударами, шлифованием и резкой). Североамериканские
индейцы, жившие в районе Верхнего озера, изготовляли таким способом нужные
им орудия. Немецкий исследователь Кнапп в 1847 г. нашел у них не только
шахты глубиной 8—14 м, но и слиток меди массой более 6 т, а также
каменные молоты массой до 18 кг для отбойки горной породы.
Очень удобные в обращении орудия из "красного мягкого камня"
были в течение столетий, наверное, редкостью среди обычно применявшихся
каменных орудий; они скорее всего были предметами особой роскоши.
Тем не менее люди выяснили, что нагретая медь легче обрабатьшается и
становится тверже, если ее быстро охладить (речь идет о загрязненной
самородной меди, о чем говорилось выше).
Однако чистая медь встречается в природе редко; гораздо чаще ее
можно найти в виде медного колчедана CuFeSz, медного блеска CU2S,
малахита СиСОз-Си(ОН)2 и азурита 2СиСОз-Си(ОН)2. Два последних минерала
привлекают внимание своей красивой окраской, и в доисторические
времена, вероятно (наряду с драгоценными камнями), ценились как предметы
магии и применялись для колдовства. Возможно малахит играл также
определенную роль в косметике (наложение "теней" на веки). В то же
время именно эти медные руды наиболее пригодны для получения меди; для
этого достаточно простого костра из дров. Имеются данные, что в Катанге
(провинция Заира) в золе костров на стоянках негров находили
сплавленные шарики меди. Расплавленная медь может заполнить любую форму,
например отверстие в земле, если она случайно туда попадает. Но когда
пытались таким образом придать меди желаемую форму, отливка оказьшалась
не пригодной из-за пузырей и раковин. Сегодня мы знаем, что расплавлен-
2* 19

Литье бронзы в Древнем Египте. Меха уже
были известны, а клещей еще не было. Рисунок
относится примерно к 1470 г. до н.э.
ная медь растворяет газы и
при охлаждении после литья
вследствие выделения этих
газов в отливке образуются
раковины.
Правда, не всегда эти
литейные дефекты были столь
существенными. Из некоторых
"партий" руды медь
выплавлялась легче обычного и из
нее можно было получать
отливки, нуждавшиеся лишь в незначительной последующей механической
обработке.
В городе со множеством мастерских, в которых перерабатьгоалась медь
из руд различных месторожденийт-такие различия должны были бросаться
в глаза. Разумеется, при этом возникало желание найти причины этих
отличий, чтобы затем использовать их на практике.
Опытами бьши определены те "камни", добавка которых придает меди
особенно благоприятные свойства. Вначале это была преимущественно
свинцовая руда, затем все больше и больше начали добавлять оловянные
руды. Сейчас почти все сштавы меди с другими металлами, содержащие
более 50 % меди, .назьшают бронзами (исключение составляет латунь —
сплав меди с щшком). В узком же смысле бронзой наэьшается сштав
меди с оловом. Слово "бронза" произошло, по-видимому, от греческого
"бронтезион", что означает "сштав"*.
ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ, То, ЧТО мы в повседневном разговоре
КОЛОКОЛА И ПУШКИ называем металом, на самом деле почти
, всегда является сплавом. Хотя с
химической точки зрения сплавы являются смесями, а не соединениями, обычно
по своим свойствам они значительно отличаются от исходных компонентов.
После того как сначала выборочно, а затем систематически были
исследованы десятки тысяч сплавов, удалось создать сплавы,удовлетворяющие
любым, самым высоким требованиям современной техники, В наши дни про-
мьшшенность вьшускает тысячи сплавов, обладающих самыми разными
показателями прочности, пластичности, различными температурами
плавления, коэффициентами теплового расширения и т.д. Из этого можно понять,
что компоненты сплава (как и любого раствора)могут по-разному влиять
на его свойства.
Одна из возможностей такого воздействия на свойства, наблюдаемая,
в частности, в оловянных бронзах, состоит в образовании так наэьшаемо-
го твердого раствора. Твердый раствор получается тогда, когда
компоненты сплава смешиваются не только в жидком, но и в твердом состоянии.
* По другой версии слово "бронза связьшают с названием древнего
средиземноморского порта Брундизия (ньше Бриндизи), ще с давних времен в довольно
больших масштабах получали сплав меди и олова. Прим. ред.
20

Значит, размеры их атомов примерно одинаковы и компонент с небольшим
содержанием легко "вписывается " в кристаллическую решетку основного
компонента. Структура твердых растворов и их свойства в большой мере
зависят от условий затвердевания сплава и его последующей обработки
ковкой, отжигом и т.д. И на свойства готовой отливки можно
воздействовать этими способами в довольно широких пределах. Особенно заметно
могут изменяться твердость и электрическое сопротивление сплава:
вследствие "сцепления" посторонних атомов с атомами первоначальной
кристаллической решетки эти показатели обычно возрастают.
Самые первые бронзы содержали менее 6 % олова, поэтому их можно
было обрабатывать в холодном состоянии (ковкой). Затем содержание
олова в бронзе постепенно возрастало. Такие бронзы имели хорошие
литейные свойства и бьши тверже. Но когда позже установили, что бронза,
содержащая 10—14 % олова, тоже хорошо поддается холодной обработке,
такой состав был признан стандартным. Еще в период ранней истории
человечества бьша известна особая твердая бронза, из которой делали
штампы для чеканки и даже напильники. Однако мы не знаем, чем была
обусловлена такая твердость — химическим составом или механической
обработкой.
Как уже говорилось, преобладавшее примерно с XIII века до н.э. железо
ни в коем слз^ае не вытеснило бронзу. Из нее начали изготовлять
предметы, которые при том уровне техники было трудно или совсем невозможно
делать из железа: сосуды, монеты, статуи и рельефы, а позже колокола и
пушки. Колокола пришли в Европу из Китая около 400 г. н.э., а пзопки
были изобретены в Европе в начале ШУвека. Колокольная бронза содержала
до 25 % олова, а применявшаяся до изобретения стальных литых труб
пушечная бронза — 10 % олова и 2 % цинка. В старину бронзолитейщики не
удовлетворялись только назначением изделия: они лили пушки с
украшениями, представляющими часто болыиую художественную ценность. Как
самая крупная пушка (калибр 82 см), так и самый большой колокол
(масса около 200 т) находятся в московском Кремле. Они так и
называются — "Царь-пушка" и "Царь-колокол". К сожалению, отлитый в 1735 г.
"Царь-колокол" при охлаждении лопнул, причем вывалился кусок массой
примерно 11,5 т. Поэтому самым крупным из действз^щих колоколов
считается колокол собора св.Петра в Риме; его масса равна 42 т. "Царь-
пушка" тоже ни разу не стреляла.
ТРУДНОСТИ С ОЛОВОМ Хотя бронза содержит сравнительно
немного олова, ее многогранное
применение в древности вызвало большой спрос на олово, тем более, что в
странах Средиземноморья месторождений этого металла почти нет. Само
по себе олово — не очень редкий элемент: по распространенности в земной
коре оно занимает 31-е место* однако основные его месторождения нахо-
* Здесь и далее место, занимаемое тем или иным элементом по распространенности
в земной коре, дается авторами по одной из нескольких принятых геохимических
классификаций (по другой классификации, например по шкале советского
геохимика академика А.П.Виноградова, то же олово занимает более скромное 47-е место).
Прим. ред.

дятся в Индонезии (остров Банка), близ Сингапура, в Боливии, Австралии,
Мексике и на Аляске, т.е. в областях, не доступных древним. Египтяне, по-
видимому, полз^али оловянную руду из северной Персии; некоторые
исследователи полагают, что спор из-за прекраной Елены был лишь поводом
для Троянской войны, а действительная причина заключалась в стремлении
обеспечить свободный вывоз олова из Азии в Грецию. Хотя древние
греки считали, что мир кончается за "Геркулесовыми столпами"
(Гибралтарским проливом), возможно еще финикийцы и уж наверняка древние
римляне вывозили олово из Англии, римляне в целях безопасности вывозили
олово через пролив Ла-Манш. Однако английские месторождения сейчас уже
полностью исчерпаны, как зто было в средние века с саксонскими и
чешскими месторождениями.
В природе олово встречается почти исьслючительно в виде касситерита
ЗпОг, который легко восстанавливается при нагреве с углем. Чистое олово
представляет собой серебристо-белый блестящий металл, плавящийся при
232 ^С. На поверхности олова быстро образуется тонкий окисный слой,
в результате чего оно довольно устойчиво к действию агрессивных
химических веществ. Впервые чистое олово было получено примерно за 18
столетий до нашей эры в Китае и Японии. В период правления XVIII
династии в Египте (1580—1350 гг. до н.э.) оно уже было известно. Во времена
Гомера олово иногда еще путали со свинцом, но уже тогда использовали
его как заменитель серебра для украшения оружия. В средние века олово
было основным материалом для изготовления столовой посуды, искусно
вьшолненные оловянные тарелки и кувшины тех времен и сейчас
пользуются большим спросом у
коллекционеров и очень дорого сто- Оловянтя посуда XVI века
ят. Оловянные солдатики,
сделанные из сштава олова со
свинцом, еще до недавних пор были
любимыми игрушками детей; в
настоящее время их изготовляют
только для музеев и в редких
слз^иях для коллекционеров.
Сплав олова со свинцом —
хороший материал для органных труб.
Но все зтй "сокровища"
подвержены коварной "болезни",
которая впервые была описана в
середине прошлого века под
названием "оловянная чума". На
поверхности олова образуются
напльшы в виде бородавок, из
которых сьшлется серый
порошок. Эта болезнь "заразная":
при контакте пораженного
оловянной чумой предмета с
другими оловянными предметами они
тоже "заболевают". Причина оло-
22

вянной чумы состоит в том, что металлическое "белое" олово переходит
в неметаллическое состояние — "серое" олово, устойчивое при температуре
ниже 13,2°С. Таким образом, оловянная чума всегда может вспыхнуть,
если металл долго хранится при температуре ниже 13,2°С. Однако это пре
вращение быстро протекает только при очень большом морозе, поэтому
всегда можно принять предохранительные меры.
Олово находит применение в основном для ползд1ения мягких
припоев (оловянноцинковых сплавов для пайки тяжелых металлов; эти
сплавы содержат 25—98 % олова, 2—75 % свинца и до 3% сурьмы) и для
производства белой жести — листов железа, покрытых слоем олова,
нанесенного электролитически или погружением листа в расплавленное олово.
Белую жесть используют главным образом для изготовления консервных
банок. Поскольку пищевая промьшшенность все больше нуждается в белой
жести, происходит постоянное удорожание олова, усугубляемое еще и тем,
что в производство вовлекаются все более бедные оловянные руды и
затраты на производство олова все время растут. Позтому з^еные и инженеры
стараются заменить олово там, где зто можно, црутмя металлами. Во
многих случаях зто удается. Например, станиоль (оловянная фольга для
упаковки продуктов питания) заменен алюминиевой фольгой, для
производства тюбиков используют пластмассы и т.д. Однако кардинально решить
проблему замены олова для консервных банок пока не удается.
МЕДЬ - МЕТАЛЛ В противоположность основным карбо-
ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ натам сульфидные руды меди, обычно
содержащие к тому же железо, с
трудом поддаются переработке. Однако примерно за два тысячелетия до нашей
зры древним металлургам удалось решить эту задачу, хотя и с низкими
"технико-экономическими показателями": анализ найденных
металлургических остатков показал, что 80 % меди, содержавшейся в руде, уходило в
шлак. Для ползд1ения меди применяли способ многократной плавки. Так
как медь плавится при высокой температуре (1083 °С), для плавки нужны
были шахтные печи с дутьевыми мехами. В средние века зтот способ
усовершенствовали. Сульфидные руды сначала обжигали, т.е. путем окисления
на воздухе переводили сульфид в окислы меди, а затем восстанавливали
в шахтной печи с добавкой кислых шлакообразующих (кварцевого песка
и др.). Сырую медь из шахтной печи расплавляли в "пламенной" печи
(сейчас такие печи называют отражательными) при доступе воздуха с
перемешиванием жидкого металла палками из сырого дерева; в результате этого
процесса, назьшаемого "дразнением", из меди удалялись сера, мьпиьяк и
другие примеси. В конце плавки образовавшуюся окись меди
восстанавливали древесным углем.
В настоящее время медные руды обжигают не полностью, поэтому вся
медь и часть железа связаны в сульфиды CU2S и FeS, а остальное железо
переходит в шлак. Вьшлавленный в отражательной печи металл, который
назьшается "штейн", содержит 40—45 % меди. Его перерабатывают в
бессемеровских конверторах (о них будет рассказано ниже); при этом
сульфид железа под действием вдуваемого в штейн воздуха окисляется до
закиси железа, которую переводят в шлак, добавляя соответствующие при-
23

садки. После этого с кислородом воздуха начинает реагировать и сульфид
меди:
2Cu2S+302= 2CU2O + 2SO2,
2Cu2 О + Cu2 S = 6Cu + SO2.
Бедные же руды меди выщелачивают водой или разбавленной серной
кислотой. При зтом медь переходит в раствор в виде сульфата и ее можно
осадить, добавляя в раствор железосодержащие отходы. Этот процесс,
называемый "цементацией", был известен еще алхимикам, для которых он был
доказательством возможности перехода одного металла в дрзпгой
("трансмутации" неблагородных металлов в благородные).
По тепло- и электропроводности медь среди металлов занимает второе
место (после серебра); она довольно устойчива к действию химически
агрессивных веществ. После того как медь в качестве материала для
орудий труда была вытеснена железом, ее сначала использовали для
изготовления кухонных котлов, сковородок и т.п. Позже из меди делали жарот-
рубные котлы для локомотивов. В наше время из меди делают перегонные
аппараты, нагревательные и охлаждающие змеевики для химической и
фармацевтической промышленности, паяльники, аппаратуру для пищевой
промышленности, обшивку для судов и т.д., но прежце всего электрические
машины и провода. Обмотки электродвигателей, катушки,
трансформаторы и прочие устройства, проводники телевизионных кабелей, печатные
платы радиоприемников и телевизоров почти всегда делают из меди, как и
большинство электрических проводов.
Поскольку уже малые количества примесей снижают
электропроводность меди, предназначенную для электротехнических целей медь
получают электролитическим способом. Для этого очищаемую медь опускают в
ванну с сернокислым раствором сульфата меди (медного купороса) и
присоединяют к аноду, а катодом служит тонкий лист чистой меди. Чистая
медь осаждается на катоде, а золото и серебро ("анодный шлам") оседают
на дне ванны; прочие загрязнения остаются в растворе. Электролитическое
осаждение меди идет при малых плотностях тока. По такой же схеме
получают гальванические покрытия (хромовые, никелевые); покрываемый
предмет является катодом, а металл для покрытия служит анодом.
Иногда медные листы применяли в качестве материала для крыш. Со
временем такие листы покрываются серо-зеленым налетом основных
солей меди (преимущественно карбонатов). Этот налет называется патиной.
Его часто путают с ярью-медянкой, смесью основных ацетатов меди,
обладающей большой токсичностью. Сама же медь как яд для человека не
опасна. У работающих на медеплавильных заводах медь иногда вьщеляется
в виде зеленой краски на волосах, но это не наносит ущерба здоровью.
Соединения меди применяются в качестве фунгицидов — средств для
борьбы с грибковыми заболеваниями сельскохозяйственных растений.
Время бронзы тоже не окончательно прошло. Благодаря высокой
прочности бронза, например, успешно служит материалом для зубчатых колес
и вкладышей подшипников скольжения. Только в самое последнее время
бронза вытесняется из этой области применения пластмассами — наиболее
моло^хм материалом, созданным человеком.
24

ПРИДУМАННЫЙ МИР
из ЧЕГО состоит МИР? Еще в ранние доисторические эпохи
истории человечества, о которых мы
знаем очень мало, появились мысленные образы, выходящие за пределы
предметов и процессов, которые человек мог наблюдать в окружающем
его и знакомом ему мире. В первзоо очередь это были простые
тотемистические идеи, касающиеся положения рода по отношению к миру растений и
животных, а также к другим человеческим родам. Тотемом назьшается
существо (растение или животное), которое находится в определенной связи
с человеком или его родом; например, тотемом может быть мифический
основатель рода. Дж.Бернал говорит, что эти мифы отражают в своих
первых формулировках уровень практической деятельности и форм
общественной организащш. На более поздней стадии из них возникают
религиозные воззрения и, в частности, мифы о создании мира одним или
несколькими богами. При этом неодушевленный мир рассматривали как единый
комплекс; минералы, металлы и т.п. были частями земли, неразделимо
связанными с нею в процессе ее возникновения.
По мере удовлетворения первоочередных жизненных потребностей
человечества и прогресса в общественном развитии появлялись люди,
которые стремились заполнить логические пробелы в мифах и
религиозных воззрениях, чтобы получилась стройная система представлений о
мире и происходящих в нем явлениях. Эта система, вернее наука, назьшалась
космологией (зрением о мире). Особенно высокий уровень ее был
достигнут древнегреческими философами, занимающимися иззд1ением природы
больше, чем мудрецы других стран. В центре их учений стояли не вопросы
сотворения мира, а вопросы о явлениях природы и их объяснение. При
такой постановке вопроса они неизбежно должны были прийти к проблеме
вещества, различий и общности между разными веществами. Хотя труды
большинства этих первых философов известны нам лишь в отрывках, а
с биографиями мы знакомы в основном по сомнительным и зачастую
пристрастным описаниям, тем не менее их идеи до сих пор вызьшают
восхищение и передают нам живую картину той эпохи и общества, в котором
они жили.
МУДРЕЦЫ И ЭЛЕМЕНТЫ Уже у Фалеса Милетского (около
624—548 гг. до н.з.) * — первого
философа, известного нам в основном по пересказам, мы находим
представления о природе вещей и, следовательно, о веществе. Он считал, что все
возникло из воды. К такому взгляду его могли привести многие наблюдения,
например, существование воды в жидком, твердом и парообразном
состояниях, появление земли в результате намьгоа в дельтах рек, вытекание
источников из земли и т.д. Чтобы в згу схему вписался живой мир, он выдвинул
* Здесь и далее даты жизни некоторых философов и других ученых, приведенные
авторами книги, не всегда совпадают с данными советских источников. В переводе
сохранены даты из немецкого оригинала. Прим. ред.
25

Пожиратель своего хвоста — символ
круговорота веществ во Вселенной (с
перстня египетской царицы Клеопатры)
положение, что жизнь есть нечто, су-
ществзоощее с материей, а процессы,
ведущие к образованию различных
веществ, в принщше аналогичны
жизненным процессам. Ученик Фалеса
Анаксимандр (около 610-547 нн. до
н.з.) избегал называть какое-то
определенное вещество первопричиной
всех вещей и говорил просто о пер-
воматерии (алейрон), вечной и
бесконечной, из которой в результате
вьщеления образовались все
вещества и которая лежит в основе свойств;
так, в самой материи сначала
проявилась противоположность между
теплом и холодом, затем — между
сухостью и влажностью. Такая перво-
материя должна быть бесконечной,
чтобы становление не прекращалось.
Однако более поздним
философам эти теории казались
недостаточными для объяснения постоянно протекающих в природе процессов.
Поэтому Акаксимен из Милета (около 585—528 гг. до н.э.) учил, что первома-
терией является воздух, из которого в результате сгущения пол)^ается
твердое и холодное, а в результате разрежения — теплое и рыхлое.
Гераклит из Эфеса (около 544—480 гг. до н.э.) сделал постоянное изменение
первоматерии даже основным положением своей теории. Этой первомате-
рией он назвал огонь — наиболее меняющееся из всех явлений. Гераклит
считал, что огонь сначала преобразуется в море, из половины которого
образуется Земля, а из дрз^ой половины - горячее дыхание (т.е. снова огонь,
но в данном случае под этим понимается нечто, идентичное самому
чистому воздуху): "Все обменивается на огонь, и огонь — на все, подобно
тому как золото — на товары и товары — на золото". Таким образом, "все
есть обмен огня и возникает путем разрежения и сгущения''.
Несмотря на свою красоту и глубину, эти идеи Гераклита с
современной точки зрения представляются меньше соответствующими
действительности, чем зрения Фалеса и Анаксимандра. Однако и те, и другие
теории отражают общественную структуру своего времени. Хотя Гераклит в
стремлении исправить ошибки своих предшественников делал новые
ошибки, его заслуга состоит в том, что он критически пересмотрел все прежние
воззрения и показал их недостатки.
НИЧТО КАК КРИТЕРИЙ Дальнейший критический пересмотр
прежних теорий сделал Парменид
Элейский (около 540—470 гг. до н.з.), который обучался математике и
философии в школе Пифагора. Он противопоставил запутанному
многообразию чувственно воспринимаемых процессов, которые не мог объяс-
26

нить, некую целиком логическую "модель мира". Перехода из одного мира
в другой для него не существовало; во всяком сл)^ае он не пытался
искать такой переход, так как для него мышление было идентично бьггию,
он считал этот выдуманный мир единственно реальным, а чувственное
восприятие — лишь видимостью.
"Только существующее есть, несуществующего нет" — основное
положение теории Парменида. Существующее Парменид представлял как
единый и вечный шар, расстояние до каждой точки поверхности которого
от центра одинаково. Здесь не может быть никаких изменений, так как нет
возникновения и не исчезновения. Внутри существующего не может быть
никакого несуществующего, никакого пустого пространства, "так как
оно (существующее) не может стать больше или меньше здесь или там".
Если применить выдвинутые Парменидом положения к природе, то
могут быть вьшедены многочисленные далеко идущие следствия.
Поскольку согласно его )Д1ению пустого пространства не существует, материя
не может состоять из частиц, так как между зтими частицами должны
неизбежно быть промежутки. Не может быть в природе также никакого
действительного движения,- так как в противном случае должно быть
пространство, в котором или в которое могут перемещаться предметы.
На зтих представлениях Парменида и находившихся под его влиянием
философов Эмпедокла и Анаксагора в течение веков строились все
философские и научные воззрения о природе вселенной и материи. Что им
не соответствовало, отвергалось. Невозможность пустого пространства
была настолько неоспоримой догмой, что даже великий Галилей посвятил
специальный труд доказательству положения, что природа не терпит
пустоты. Только опыты итальянского физика Торричелли, доказавшего
существование вакуума, и немецкого физика Отто фон Герике, который в
1654 г. поставил знаменитый опыт с "магдебургскими полушариями",
окончательно опровергли это ошибочное положение.
ПУСТОТА И НЕДЕЛИМОЕ Влияние положений Парменида
особенно чувствуется в теориях двух
философов, которых мы сегодня считаем самыми прогрессивными мыслителями
своего времени, — Левкиппа и Демокрита.
Левкипп из Милета (около 490-420 гг. до н.э.) был, вероятно, )^ени-
ком Парменида. Однако он не разделял его отрицания чувственного
восприятия и поэтому пытался уничтожить противоположность между
чувственным миром и умственной моделью. В качестве основы протекающих в
природе процессов он принял противоположность между "полнотой"
(существующим) и "пустотой" (несуществующим). Таким образом, основной
мыслью его философии было именно существование пустого
пространства. "Полнота" же, как считал Левкипп, состоит из мельчайших
неделимых далее первотел ("атомов"), различающихся между собой по
форме, но по сути состоящих из одной и той же первоматерии. Различные
вещества возникали, по мнению Левкиппа, в результате различных
сочетаний атомов; чувственное восприятие тоже вызьшалось атомами (их
"эманацией") . Поэтому чувственное восприятие хотя и не соответствует
действительности непосредственно, но дает ее картину.
2

Это материалистическое объяснение мира было развито )Д1еником Лев-
киппа Демокритом (около 460-370 гг. до н.э.). Демокрит учил, что
материальный мир состоит из бесконечного числа первотел, находящихся в
постоянном движении. Это возможно потому, что между ними имеется
пустое пространство. Движение атомов подчиняется природной
необходимости; прежде всего оно определяется их тяжестью и формой. Свойство
двигаться было дано атомам навечно. Они сталкивались между собой,
соединялись в самые различные сочетания и образовывали таким образом
самые разнородные вещества и предметы (воду, камни, металлы,
растения, животных, людей, планеты, целые миры) и точно так же распадались
вновь; существующие образования разрушались, но атомы оставались и
вечно двигались в пустоте, снова образуя новое.
■
СВОЙСТВА Кроме вопроса о первоматерии, частич-
ИПРОТИВОПОЛОЖНОСТИ но еще у Ксенофана (580-490 гг. до
н.э.) и отчетливо у Гераклита
встречается понятие противоположности как причины постоянно протекающих
изменений в мире. Эти представления, основанные на фольклорных идеях
о суше как источнике всего мира и ее борьбе с водой, были обобщены Эм-
педоклом (около 483—423 гг. до н.э.). По его мнению, все вещи,
материалы и т.п. возникают в результате смешения четырех стихий, "корней
вещей" — огня, воды, воздуха и земли, а исчезают в результате разложения
на эти первоэлементы. Поводом для процессов возникновения и
разложения является борьба двух противоположных сил — ненависти и
любви; ненависть ведет к разложению, а любовь — к смешению стихий. При
таких постоянных изменениях длительно существовать может лишь то,
что целесообразно. Таким образом, и Эмпедокл смешал в одну кучу кгуч-
ные знания и мистические идеи. Он стал одновременно основателем первой
химической теории и отцом алхимии. Кстати, Эмпедокл высказьгоал и
идеи, близкие к теории отбора Дарвина и теории химического сродства.
В последующем четырехэлементная теория была развита вьщающимися
философами древности Платоном и Аристотелем. Платон (428-348 гг. до
н.э.) рассматривал материальные предметы как отражение их "идей" —
сверхрациональных прототипов, в которых абсолютным образом
воплотилась сущность предмета. В своих ранних работах Платон почти без
изменений принял идеи Эмпедокла. Однако позже он предложил каждый элемент
выразить с помощью геометрического тела, а поскольку правильных
многогранников существует пять, он предположил существование пятого
элемента, названного эфиром, который должен окружать составленную из
четырех элементов Землю (здесь Платон повторил идею пифагорейца Фи-
лолая). С огнем Платон сопоставил тетраэдр, с воздухом — октаэдр, с
водой — икосаэдр, а с землей — гексаэдр (куб); з^еники Платона
впоследствии соотнесли эфир с додекаэдром. При этом Платон использовал
некоторые положения Демокритовского атомизма. Он считал также, что эти
элементы в принципе все состоят из одной и той же первоматерии и могут
переходить один в другой как геометрические тела: например, из двух
октаэдров воздуха может возникнуть тетраэдр огня. Благодаря этим процес-
28

Горячий
Сухой
Воздух
Мокрый
Земля
Холодный
Вода
Аристотелева нетырехэлементная схема; связь
между "элементами"и их свойствами
сам вода при нагреве переходит Огонь
в воздух, а при охлаждении —
в землю, образуя лед и снег, а
под землей она уплотняется до
^fИнepaлoв. Он сделал вывод о
родстве металлов и минералов с
водой, так как при нагреве они
плавятся и становятся
подобными воде. Золото, самое дорогое
вещество, считалось самой
плотной материей.
Великий з^еник Планота
Аристотель (384—322 гг. до н.э.), чья
философия, значительно больше
обращенная к природе,
оказывала существенное влияние на
научное мышление в течение долгих веков, большей частью принимал эти
же взгляды, но стремился тесно связать их с наблюдаемыми в
природе явлениями. Поэтому в элементах его интересовали больше всего
их чувственно воспринимаемые свойства. Огонь был сухим и горячим,
вода - влажной и холодной, воздух - влажным и теплым, земля — сухой
и холодной. Таким образом, два элемента в двух главных свойствах
различались по своему восприятию, образуя несовместимую
противоположность, а по двум другим свойствам оказьшались одинаковыми, т.е.
проявляли родство.
Аристотель считал, что родственные между собой элементы могут
соединяться и при определенных условиях даже переходить один в другой,
а совершенно противоположные элементы лишь с трудом могут или даже
вообще не могут переходить один в другой. В результате таких процессов
перехода должны появляться различные вещества в непрерывном,
подчиненном целесообразности круговороте, причем равновесие между
элементами всегда сохраняется. Как ни странно, эта схема очень сходна с
современным понятием замкнутой термодинамической системы. Пятый
элемент — эфир — заполнял, по мнению Аристотеля и его з^еников,
небесное пространство и находился в постоянном круговом движении, не 3^iacT-
вуя в происходящих на Земле процессах.
ХВАТИЛО
НА ДВАДЦА ТЬ ВЕКОВ
Теория элементов Аристотеля была
искусным сочетанием наблюдений над
природой и абстрактной логики. Очень
многие вещества могли гореть, значит, они должны содержать в себе огонь.
Не горящая далее и нерастворимая в воде зола имела те же свойства, что и
земля. Многие вещества могли испаряться, следовательно, они должны
содержать в себе воздух; вода, которая и сама по себе была элементом,
при этом переходила в воздух. И все плавящиеся вещества должны были
содержать воду: ведь ее основное состояние — жидкое.
Такая логическая связь четырехэлементного учиняя (эфир не
учитывался, так как он не принимал участия в химических процессах) с непосред-
2

ственно наблюдаемыми в природе явлениями была настолько
убедительной, что примерно в течение двух тысячелетий считаларь неопровержимой.
Даже несколько отклоняющиеся от этой теории взгляды Парацельса были в
принципе разновидностью учения Аристотеля. Только в 1661 г. Роберту
Бойлю удалось своей книгой "Химикч:кептик" пробить брешь в здании
этой теории, а окончательно она была "списана в архив'' лишь в 1787 г. в
результате работ Лавуазье. Теория мирового эфира была опровергнута
только в 1881 г. Майкельсоном, но некоторые философс101е воззрения
Аристотеля серьезно обсуждаются и в наше время. Отсюда понятно,
почему взгляды Аристотеля царили в науке и считались единственно
правильными, а атомистическая теория не имела большого распространения.
Следует учесть, что атомистика немыслима без предположения о
существовании пустого пространства, а круговорот элементов по Аристотелю не
нуждается в этой гипотезе, так как элементы просто меняются местами.
Кроме того, подчеркивание чувственно воспринимаемых свойств и явлений
приводит к тому, что количественные исследования, хорошо известные
из физики, в химии не представлялись необходимыми и даже считались
излишними.
Все же атомистическая теория не была совершенно забыта. Не говоря
уже о том, что некоторые ее основные положения (как сказано вьш1е)
бьши использованы Платоном, эта теория вошла в учение Эпикура (342—
271 гг. до н.э.) и его учеников — эпикурейцев. Хотя учение эпикурейцев
и бьшо материалистическим, оно бьшо достоянием очень узкого круга
избранных и весьма сильно подчеркивало роль личности. Таким образом,
атомизм не особенно бьш развит эпикурейцами, скорее он служил им
опорой их воззрений. Ведь греческое слово "атомон" означает как "атом",
так и "личность". Поскольку вследствие этого атомизм противоречил
господствующим в то время мировоззрениям, имеющим сильную
мистическую окраску, вплоть до XIX века его считали эксцентричной добавкой к
современной этике или теорией некой непопулярной секты. Лишь немногие
ученые, значительно опередившие свое время, понимали истинность этого
учения*. Поэтому в последующих главах мы будем заниматься
преимущественно историей развития четырехэлементного учения.
ЗОЛОТО—МЕЧТЫ И ДЕЙСТВИТЕЛЬНОСТЬ
МЕТАЛЛЦАРЕЙ Никто не станет спорить, что
ярко-желтое блестящее золото радует взор.
Золотые зерна, встречающиеся иногда в наносном песке некоторых рек,
люди очень давно использовали для украшений. Считается, что это было за
четыре, а быть может даже за пять тысячелетий до нашей эры. Первоначаль-
* Представляет интерес историческая судьба атомистической теории. Атомную
теорию Демокрита сильно развил Эпикур, введя в нее такие понятия, как тяжесть
атомов и их отклонение. Выдающийся последователь Эпикура Тит Лукреций Кар
написал пронизанную духом атомизма поэму "О природе вещей"; она была
настольной книгой очень многих ученых. Поэтому возрождение атомизма (точнее не в
XIX, а в XVIII веке) было совершенно закономерным. Прим, перев.
30

но это выглядело так, как описывал древнегреческий географ Агатархид в
ИЗ г. до н.э. в труде о народах Аравийского полуострова: "Они
просверливают куски золота и носят их вперемешку с прозрачными камнями на
запястьях и вокруг шеи и продают его дешево своим соседям".
Сначала при таких "торговых операциях" золото было таким же
обычным средством товарообмена, как и другие. Однако уже за 2800 лет до
Н.З. в Египте наряду с медью золото применяли как измеритель ценности
товара в виде плоских колец диаметром 12 см, хотя масса такой "монеты"
законом не оговаривалась. В Вавилоне около 2000 г. до н.з. средством
платежа были золотые цепи определенной массы, в странах
Средиземноморья применяли бруски или прутки из золота, причем для облегчения
расчетов на них делали надрезы. Высокая ценность золота определялась,
вероятно, некоторыми магическими положениями, согласно которым золото
приравнивалось к Солнцу; кроме того, отличительной чертой золота была
его устойчивость к действию химических веществ — для людей того
времени это была способность золота сохраняться неизменным долгое время.
Египтяне видели в золоте символ вечности и нерушимости. Они
укладывали золотые предметы в гробницы, чтобы обеспечить усопшим дальнейшее
существование на том свете. Они золотили ногти на руках и ногах
умерших, а также лица на саркофагах, повторяющие черты покойника; иногда
лицо мумии покрывали листовым золотом. В Месопотамии, например,
покойнику клали в рот золотой
амулет, чтобы защитить его от
злых духов. Индийцы и 101тайцы
даже верили, что золото само по
себе продлевает жизнь. Таким
образом, золото для них было не
роскошью, а "суровой необходи-
Золотая маска фараона Тутанхамот (около
1350 г, до н,э,)
99
мостью
Возникший большой спрос на
золото привел к тому, что этот
металл как универсальное
средство обмена, как
"универсальный товар" вытеснил
применявшиеся для этой цели в
культурных государствах Азии медносе-
ребряные и свинцовосеребряные
сплавы и имевшие хождение в
других странах медные деньги.
Тогда золото и стало символом
власти и богатства. Его добыча
была привелегией властителей.
Часто даже и владеть золотом
могли только властители, и
стоимость золота в представлении
обычных людей была невероятно
большой.
31

в доступной нам области земной коры содержание золота составляет
около 0,005 г/т; по распространенности оно стоит fta 77-м месте среди
других элементов, т.е. является одним из редчайших злементов природы.
Вследствие своей малой склонности к химическим реакциям оно
встречается почти исключительно в виде самородного металла — так
называемого россыпного золота в песке некоторых рек или жильного золота в
некоторых породах (обычно кварце). Фараоны Древнего царства (третье
тысячелетие до н.з.) владели большими золотодобывающими шахтами в
Верхнем Египте и Нубии; в царствовании Рамзеса II (1321—1234 гг. до н.з.)
нубийские прииски ежегодно давали много золота (в пересчете на
сегодняшние деньги примерно на 800 миллионов рублей). Приблизительно за
1200 лет до н.з. было проведено планомерное обследование других
областей Африки на месторождения золота, причем горняки достигли северных
областей Южной Африки. Технологию добычи золота в Бгипте уже
упоминавшийся Агатархид описывает следующим образом:
"На крутых и очень твердых склонах гор . . . разводят они огонь, . . .
рыхлые же камни они разбивают ломами. Всей работой командует мастер,
умеющий различать камни. Всю работу между несчастными разделяют так:
самые сильные молодые разбивают железными молотами мраморно-твер-
дые камни ... и пробивают несколько штолен в скале, не горизонтальных,
а направленных немного вверх или вниз — по ходу жилы ... У каждого
из них ко лбу привязан светильник, и они отбивают породу, пока ведет
их белая жила, . . . под надзором надсмотрщика, не жалеющего ударов.
Подростки заползают в штольню, собирают отбитую породу и . . .
передают . . . горнякам. Они . . . измельчают камни в каменных ступах
железными пестами и получают куски величиной в горошину ... А вот работа
для женщин, пришедших в рабство со своими отцами или мужьями:
несколько мельниц поставлены в ряд и туда забрасывают они измельченную
породу. Вот дробится она, для чего с каждой стороны по трое налегают на
рукоятку, . . . пока ... не достигнет крупности пшеничной муки . . . Все
те, кому подобный жребий выпал, смерть предпочитают жизни.
Мойщик очищает золотой песок и передает его плавильщикам. Они . . .
бросают собранное по мере и весу в глиняный сосуд, смешивают в
определенной пропорции со слитками свинца и зернами соли и небольшим
количеством олова (?) с ячменными отрубями, . . . нагревают в печи пять дней
и . . . ночей непрерывно ... и ничего не остается в сосуде, кроме лишь
расплавленного золота". Последняя часть зтого описания не очень ясна;
возможно, добавки свинца и соли способствуют удалению меди и серебра из
золота.
Римляне добывали в Испании не только серебро, но и золото в так
называемых арругиях (открытым способом). Горные породы отбивали
подсечкой, а промывали их не вручную, а в потоке воды. Это повьпиало
производительность труда, но положение рабов, не говоря уже о
повышенной опасности несчастных случаев, ни в коей мере не улучшалось.
Плиний Старший писал об зтом: "День и ночь несут они во мраке груз,
передавая его следующему. Дневной свет видят лишь последние". Мы
видим, что свидетельства современников наглядно показывают
потрясающе жестокую картину рабовладельческого общества.
32

МОШЕННИКИ, МАГИ, ЛАБОРАНТЫ Вначале золото обрабатьшал» в
холодном состоянии (чеканкой и ковкой),
но примерно в третьем тысячелетии до нашей эры в Египте начали делать
отливки из золота. Во втором тысячелетии до н.э. золото уже умели как
очищать от других металлов (способами, аналогичными описанному Ага-
тархидом), так и сплавлять с другими металлами, особенно с серебром.
Этот и многие другие процессы проводили обычно втайне в мастерск!^,
находящихся при храмах. Там и были созданы великолепные
произведения искусства египетских ремесленников.
Однако впоследствии появились процессы совершенно иного рода —
процессы имитации или подделки металлов и драгоценных камней.
Инструкции по зтим подделкам были обнаружены в уже упоминавшихся
Лейденском и Стокгольмском папирусах, найденных в 1828 г.
Мы мало знаем о людях, которые проделывали зти операции, и о
соображениях, которыми они руководствовались. Может быть, они хотели
заменить чем-то дефицитные или очень дорогие материалы? Может быть,
прибегали к фальсификации в корыстных целях? А может быть, были
жертвами самообмана, призывая магические силы превратить подделку
в настоящий материал? Вероятно, авторами зтих рукописей были жрецы,
производившие свои суррогаты втайне от подчиненных им ремесленников.
Но при зтом они постепенно входили в роль магов, которым доступны
не только изменения, но и превращения вещества. Конечно, наряду с зтим
существовали и несомненные подделки, изготовленные с целью обмана.
Недаром римский император Диоклетиан в 296 г. н.э. приказал сжечь все
рукописи, в которых есть сведения по подделке золота, серебра и
драгоценных камней.
*
Имитация золота по Лейденскому папирусу выполнялась сплавлением
золота со сплавом "азем", о котором мы уже говорили, и медью; в
полученный сплав можно было при надобности добавлять еще медь, серный
колчедан, окись цинка и другие окислы металлов. Этот способ назывался
диплозисом (удвоением) или плеанезмосом (умножением). Имелось в
виду, что золота становится вдвое или во много раз больше. Другие
инструкции рекомендовали золочение с помощью ртутной амальгамы золота,
плотность которой равна плотности воска, или наплавки на поверхность
металла смеси золотой и свинцовой пыли, причем свинец исчезает в
результате окисления, а золото остается. Точной проверки можно было не
опасаться, поэтому при обновлении покрытия использовали материалы,
содержащие киноварь, серный колчедан, реальгар и тд.
Согласно четырехэлементному учению получение золота из других
металлов не исключалось; нужно было только подобрать правильные
пропорции. Но чем меньше это удавалось, тем больше распространялся
взгляд, что в смесях элементов должен быть еще один компонет — "квинта
эссенция" (по латыни: "пятая сущность", т.е. пятый элемент), особенность
которого состоит в том, что в нем заключена собственно сущность
трансмутации (превращения металлов). Этот компонент чаще всего обозначали как
"философский камень", хотя для вещества с такими свойствами
употребляли свьппе 600 названий. Поиски философского камня были основной
3 Библиотечная книга 33

целью множества энтузиастов, которых назьшали алхимиками (от арабско-
египетского слова, значение которого до сего времени непонятно).
Философскому камню приписывали также свойство вылечивать все
болезни и продлевать жизнь. Бго возникновение из бесформенной первома-
терии (под этой первоматерией часто подразумевали свинец: его
присутствие в золоте и серебре укрепляло веру алхимиков в возможность
превращения металлов) было для алхимиков божественной тайной, сравнимой с
рождением и воскрешением бога. Вероятно, они вспоминали об
умерщвлении и воскрешении египетского бога Озириса; это неудивительно, ведь
люди древности и средневековья любой химический процесс рассматривали
как тайну.
"ГЕРМЕТИЧЕСКАЯСВАДЬБА'* В период с Ш по XVIII век было
написано множество работ по алхимии, в
первую очередь о получении золота и понятии философского, камня.
Кроме трудов, в которых более Или менее четко авторы придерживались че-
тырехэлементной системы, было множество работ, в которых говорилось
о двзос противоположных, но в основе своей взаимосвязанных явлениях
природы, составляющих сущность алхимии. Эти два начала представляли
различными символами: огонь и вода. Солнце и Луна, лев и лилия, но
особенно часто применяли символы короля и королевы как брата и сестры или
как мужчины и женщины. Некоторые ученые считают, что такие воззрения
представляют собой переработку греческих теорий арабами, которые,
хотя и признавали аристотелеву четырехэлементную систему, но полагали,
что она образована двумя другими элементами — серой (горючее начало)
и ртутью ( металлическое начало), а остальные элементы являются
вторичными по отношению к этим двум и возникли из них. Те же взгляды
разделяли (возможно, и независимо от арабов) китайские алхимики, которые
надеялись продлить человеческз^ жизнь путем объединения принципов
ин и янь .
Реакция ртути и серебра, при которой образуется киноварь (сульфид
ртзгги), рассматривалась алхимиками как мифическая "свадьба"; ее опи-
сьшали и изображали на рисунках. Гете в "Фаусте" описывает эту
"свадьбу" так:
Являлся красный лев ~ и был он женихом.
Ив теплой жидкости они его венчали
С прекрасной лилией, и грели их огнем.
Низ сосуда их в сосуд перемещали *
Здесь "красным львом" именуется сера (так алхимики зашифровьшали
также золото), а "лилией" считают ртуть (правда, алхимики назьшали
лилией и серебро).
Но искомое золото таким путем получить не удавалось. Поэтому было
высказано предположение, что для завершения "большого дела" нужен еще
один компонент. Этим компонентом был признан уже упоминавшийся
философский камень. Его олицетворял иногда "Гермес Трисмегист",
♦Перевод Н.Холодковского. Прим. перев.
34

"троекратный Гермес , греческое
божество, которое алхимики
считали своим духом-покровителем.
Греческий бог Гермес
соответствовал римскому Меркурию, а
планета Меркурий была соотнесена со
ртутью. Гермеса Трисмегиста
рассматривали в мистическом
воскрешении одновременно как
жертву и жертвоприносителя. Таким
образом, возникала параллель
между этим "герметическим" (по
имени Гермеса)^процессом и
христианским учением о воскресении
Христа и о троице. Кстати, это
вызвало у христианской церкви
неприязнь к алхимии: в 1317 г.
папа Иоанн XXI запретил занятия
алхимией на долгие годы. А
слово "герметический" сохранилось
и до нашего времени, но приоб-
Жених и невеста (сера и ртуть) поднимаются
к Солнцу и Луне (золоту и серебру). Их
ведет Меркурий в виде духа-голубя. Четыре
цветка - четыре элемента, в клюве голубя ~
пятый элемент ("квинт эссенция")
рело црутой смысл — замкнутого пространства. Это неудивительно; ведь
"свадьбу" ртути и серы алхимики устраивали в закрытых сосудах, иначе
сера сгорала бы.
Однако и новые теории "большого дела" не привели к успеху. Золота
не получалось. Алхимики о&ьясняли это неблагоприятным влиянием звезд
или высказывали положение, что алхимия — наука скромных, и тот, кто
стремится только к получению золота, никогда не сможет открыть эту
тайну. Видный историк алхимии Э.фон Липпман считал, что среди
алхимиков были ученые, стремящиеся познать тайны природы, причем это
желание сочеталось с глубокой религиозностью. К таким ученым относятся
Роджер Бзкон (около 1214-1294 гг.) и Раймонд Луллий (1235-1315 гг.).
По мере того как алхимия все глубже увязала в мистических
умозрениях, она вызьшала критику со стороны серьезных ученых, таких как
Альберт Великий, Леонардо да Винчи, Роберт Бойль и др. А среди алхимиков
множились между тем пройдохи и обманщики. Мошенники фабриковали
алхимические писания, относящиеся якобы к сказочной старине и
написанные малопонятным языком; зти "труды" выпускали под именами
известных авторов (даже упоминавшемуся Гермесу Трисмегисту
приписывается по меньшей мере 36525 таких "трудов"). "Делатели золота"
надували легковерных князей, демонстрируя им "трансмутацию", т.е.
превращение металла в золото, для чего они незаметно подбрасьшали золото в
тигель во время плавки или плавили металл в тигле с двойным дном.
Самые искусные "делатели золота" использовали соли золота и могли,
вероятно, при хорошей работе получать сплавы, которые лишь с трудом
можно было отличить от золота. Так, Альберт Великий писал: "У меня
есть алхимическое золото и серебро, которые мне принесли для провер-
3*
35

ки.Шесть или семь раз (!)испы-
тывал я их огнем, но если еще
больше нагреть их, то сущность
их разрушится и они
превратятся в грязь".
Приведем отрывок из книги
алхимика Василия Валентина,
где он описьшает получение
философского камня: "Возьми
во имя божье Христа Иисуса,
сына Марии, ртутную руду и
сделай из нее "кровавый дзос",
добавив спирт (?), азотную и
солянз'ю кислоты (царскую
водку !). Из зтого кровавого
духа сделай "уксус", добавляя
аммиак и углекислый калий на
сильном огне. Добавь "уксус"
к осадку от кровавого духа и
мешай, пока не получится
красное масло (или сера?) от
философского камня. Это красное
масло возьми и залей его в
колбу, и закрой ее глиной, и дай
глине совсем высохнуть, а
когда она высохнет, поставь в
плавильную печь и разожги мед-
ленньш огонь, и вьщерживай
при огне первой степени в тече-
Proceffus Univerialis.
ФЗтт т ^лшп ©Ot(« C^tiflt 3Cfu
lint) тофс battait nii«i ^
mit
fartfcn^uff. SynfeTbigen Sf t^Hcmiebcrauf
toe {linfnbfiebtnt /%imb irtibe е^Г^^^пдсЫ*
|1ф bat ^^\ unD Ц. in fin ^еф ret()t'S v
>erf^it ^etr ©affitbiae беф tetfre ^ iiimm,
viib tfyK tt in nil K'S If вфЁ шЬ t)(rf(I}ii(ffe ti mtt
Luto, unb tiif bdt l-ntinii (jan^ troctfii mt*
ben unb ПКП11 ti trtfcfen roorb'cn if}, fo \i%t tb in
(mm \Л unbgieb lAl /\ imbla§(f
tui^^ugejlc^tiif biiS еб тф1
>tff^5 ^age bor^CQ, fo fag e^ itn
l»kDer biertig ^лде, fo mIrD «i Ьиф Ьаб C^fit^cett
jan^ Гфямг^икг&еп uitD au6f(l)en, unb Ы| ti
m bem \л peb«i bii tt ntii mb, me ^tp*
|tJUca« bit Da ^1)г1(ф^[агЬ1даив|'е|)сп, unbmttnn
eft fo fflnge gcflantcn -i^^ цисог, fo tvirft hi fchfrt
bat tiwit tini^laimt(ttim тЛ, unb irirbgani
biincfcl Ь|1гф(|ф11д rotf} ег1'фе*п(11, unb tjaM fo
(ang itn biS fit^i! iii^t mcfir ucrunbertf fb
baft 6u bcc \Bti\tn ^inctuc fntig.
Инструкция no приготовлению философского
камня из книги Василия Валентина
ние сорока дней, не нагревая. 1Сак пройдут сорок дней, оставь колбу стоять
в расплаве еще сорок дней, пока ее содержимое не почернеет и смотри;
затем, оно должно стать белым, а если оно простоит столь же долго, сколь
и ранее, то ты увидишь, что кристаллы станут прозрачными как стекло и
красными, а жидкость между кристаллами и будет философской тинкту-
рои'.
с этим текстом совпадают и многие другие, особенно в отношении
изменения цветов. Поэтому голландский химик ван Нювенбург считает,
что здесь образуются кристаллы тетрахлораурата серебра AgAuC^,
которому приписывали свойства философского камня. Однако реакция
удается лишь в случае, если ртутная руда содержит золото и серебро (а это
иногда бывает). Тетрахлораурат серебра содержит 44 % золота, что могло
сыграть важную роль в самообмане алхимика или в намеренном обмане
"заказчика".

АЛХИМИК ДАЕШЬ ЛЕКАРСТВА!
Итак, до XIV столетия вся химия была
связана с одной единственной
проблемой, к тому же неразрешимой, хотя средствами того времени эту
неразрешимость доказать было нельзя. И лишь в середине XIV столетия произошел
решающий поворот в химии, перед наукой возникли новые важные задачи,
решение которых помогло собрать богатый опыт и создать предпосылки
для возникновения научной химии. Такая реформа соответствовала духу
времени; она неразрьшно связана с именем врача и химика Парацельса
(настоящее его имя Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм, а
псевдоним "Парацельс" - латинский перевод его фамилии, означающей
"человек с высоты").
Парацельс родился в 1493 г. в семье врача из швабского дворянского
рода; его отец переселился в Швейцарию. После учебы в нескольких з^ни-
верситетах и получения докторского звания в Ферраре Парацельс
несколько лет был бродячим хирургом и обошел всю Швейцарию, причем он не
только лечил людей, но и неус- ц^^^ „ "герметический сосуд'\ Внизу символа-
тайно наблюдал и учился (по ми животных представлены вещества и
оперто собственным словам, он рации над ними. Особое внимание привлекают
учился у цирюльников, черно- "почернение" (образование черного сульфида
•' J г ^ г ртути, ворон), павлиний хвост (цвета поое-
книжников и старух< лечащих ^^^^ красного сульфида ртути) и "побеле-
травами). Он должен был бежать ние" (вероятно, ббразование хлорида ртути,
из Зальцбурга, так как был об- лебедь). Полученный совершенный философс-
винен в связи с восставшими ^^i^ ^<1мень обозначен символом пеликана
крестьянами. Некоторое время
он даже сидел из-за этого в
тюрьме. Однако он много и успешно
лечил и в 1525 г. получил место
городского врача в Базеле и
профессора тамошнего
университета. Парацельс использовал свое
положение для распространения
своих медицинских и
химических идей, которые
противоречили авторитетам того времени.
Однако он не ужился с
магистратом Базеля и в 1527 г. вернулся
к жизни странствующего врача.
Умер он в Зальцбурге в 1541 г.
По своим химическим
воззрениям Парацельс придерживался
ЗП1ения арабских алхимиков о
двух элементах. Однако к двум
основным началам (жидкому и
горючему) он добавил вместо
герметического "камня" соль
как начало твердое и негорючее.
Все вещества, да и сам человек,
считал Парацельс, состоят из
37

ртути, серы и соли. Но он верил еще
в жизненную силу, вид олицетворения
природы, которой наделены все
живые существа. Таким образом,
химические взгляды Парацельса не
исключали трансмутащш, хотя он и
отказывался от признания философского
камня как чего-то
сверхъестественного. Он считал ненужным опыты по
трансмутащш. "Многие говорили, что
алхимия позволяет делать золото и
серебро, но людям нужно не это. Всю
свою добродетель и силу должны они
употребить для медищ1ны" — так
писал Парацельс.
Этим провозглашалась новая
программа химии, и в последующие
200 лет развитие химии шло по так
назьгоаемому ятрохимическому пути
("ятрос" по-гречески - врач). Все же
опыты алхимиков продолжались до
XVIII и даже до XIX века, однако
основным направлением химии были
работы по изготовлению и опробованию новых лекарственных средств, а
чистая алхимия все более приходила в упадок. Место фантазеров-мистиков
и авантюристов заступили трезво мыслящие и наблюдательные работники
лабораторий.
Филипп Луреол Теофраст Бомбаст
фон Гогенгейм, известный под
именем Парацельса
МЕТАЛЛ МЕРКУРИЯ Некоторые болезни Парацельс объяснял
нарушением равновесия между злёмен-
тами серой, ртутью и солью в человеческом теле. Для восстановления
этого равновесия он часто прописывал соединения металлов, особенно
препараты ртути: при наружном применении этих препаратов ему часто удавалось
добиться успеха. И до сих пор в медищ1не применяют ртутные соединения
для дезинфекщюнных целей (сулема HgCl2), при заболеваниях кожи и
глаз, а иногда и как внутренние лекарства.
Еще до возникновения алхимии ртуть очень сильно занимала
воображение людей. Ее назьгаали "живым серебром" из-за большой подвижности:
капельки ртути в руках человека постоянно находились в движении, так
как даже незначительные толчки от пульсации крови в руках заставляли
эти капельки бегать по ладони или тарелочке. Нельзя сказать твердо, что
этот металл с голубоватым отливом, замерзающий лишь при —38,9 °С,
был известен еще древним египтянам, но греки были знакомы с ним еще
в IV веке до н.э. и назьгоали его "идраргирос", т.е. водяное серебро. С
планетой Меркурий, названной так по имени легконогого посланца богов,
ртуть связывали лишь европейские алхимики. В древней Р1ндии ртуть
считали металлом бога Шивы; она, якобы, обладала свойством продлевать
38

жизнь и превращать другие металлы в золото. Киноварь (сульфид ртути),
отличная красная краска, ценилась очень дорого. В Египте и Риме ею
покрывали статуи богов, а также румянили лица полководцев, с триумфом
возвращавшихся в Рим.
Римл5ше добывали ртуть на испанских рудниках в Сисапо, причем они
различали металлургическую ртуть, которую они называли "аргентз^мви-
вум", т.е. "живое серебро", как и в России, и полученную из киновари
ртуть, называвшуюся "хидраргирум"; ее, вероятно, получали путем
нагрева киновари в кувшине, вложенном в другой сосуд вверх дном. Ртуть
применяли для золочения железа и извлечения золота, причем последний
процесс, вероятно, был впоследствии забыт на несколько столетий. В
1168 г. рудники в Сисапо были завоеваны маврами и получили арабское
название Альмаден ("рудник"). В 1212 г. испанцы отвоевали их обратно,
но это арабское название осталось, и рудники до сих пор остаются одним
из важнейших месторождений ртути. Вследствие токсичности ртути на
рудниках трудились преимущественно рабы, а позже — заключенные, но и их
не хватало, позтому испанское правительство обещало проработавших два
года на этих рудниках мужчин освобождать от военной службы. Средний
срок выживания работающих со ртутью составлял в те времена три года.
В наши дни ртуть используют как заполнитель барометров и
термометров, для газовых затворов, в ртутных насосах, ртутных лампах и вьш-
рямителях. Большие количества ртути нужны в качестве катодного мате-
[жала при производстве щелочей, хлора и водорода путем электролиза;
одна такая электролитическая ячейка вмещает свьпне 1000 кг ртути,
причем потери этого металла составляют около 1 % в год. Здесь использовано
свойство ртути растворять некоторые металлы (в данном случае
щелочные) с образованием так называемых амальгам. Это слово происходит от
греческого "малагма", ^о значит размягчение. Некоторые из этих
амальгам, например кадмийрловянная и оловосеребряная, при повышенной
температуре легко деформируются, но быстро затвердевают. Эти амальгамы
применяют при лечении зубов. Получение золота и серебра амальгамным
методом в настоящее время практически полностью вытеснено методом
цианирования (цианидного вьшделачивания). Ртутные соединения
применяют, в частности, для защиты растений. Азид ртути HgNa (гремучая ртуть)
используют в капсюлах для взрыва зарядов.
*'ЦАРЬ*'МЕТАЛЛОВ Применение золота в наши дни, как и
во времена фараонов, ограничивается
главным образом производством украшений *. Для этого золото обычно
сплавляют с медью, реже — с серебром. "Проба" золота дается в процентах
содержания чистого металла или в так назьгааемых каратах; в последнем
случае чистое золото считают 24-каратным, а например, золото 585-й пробы
является примерно 14-каратным. Некогда золото было монетным матери-
* в последнее время золото находит все больше сугубо технических областей
применения. Так, например, по данным зарубежной печати, на изготовление деталей
американского космического корабля "Колумбия" было израсходовано около 41 кг
золота. Прим. ред.
39

алом. Еще в VII веке до н.э, в Лидии начали чеканить монеты из
естественного сплава золота с серебром, который назывался "электрон", а в VI
веке до Н.З. лидийский царь Крез ввел в обращение первые монеты из
чистого золота. Кельтские племена на Верхнем Рейне чеканили золотые монеты
еще в IV веке до н,э., так как в зто время Рейнская область была
золотоносной. После завоевания этих мест и Галлии Цезарем на золотзоо валюту
смог перейти и бедный ранее золотом Рим. Однако зти частью
награбленные в войнах, частью добьггые трудом рабов Испании сокровища Рима
утекали за пределы империи (в основном в Индию и Китай) в обмен на
предметы роскоши, поэтому к VII веку золото в Риме вышло из
обращения. Только четыре столетия спустя в Европе вновь начали чеканить
золотые монеты.
Серебро же оставалось основным металлом для монет до XIX века.
Потом по примеру Англии, которая в 1816 г. ввела в обращение золотые
монеты, а также вследствие открытия богатых месторождений золота в
Калифорнии, Австралии и Южной Америке почти все государства перешли
на золотое обращение, т.е. ввели твердое отношение их денег к золоту
(не считая выпуска золотых монет) при неограниченной возможности
покупки и продажи золота. Это предполагало покрытие оборота банкнотов
за счет золотых запасов, которые старались поддержать на одном и том же
уровне даже ценой больших жертв. Во время первой мировой войны и
разразившегося за ней мирового экономического кризиса многие
государства были все же вынуждены отменить эти принципы и начали регулировать
торговлю золотом и ценными бумагами. В настоящее время, хотя кое-
где и чеканят золотую монету, нигде нет золотого обращения в полном
смысле этого слова. Несмотря на это, золото и в наши дни служит для
заключения международных сделок и остается масиктабом для сравнения
валют капиталистических стран.
Добыча золота, которая в 1500 г. составляла всего 6000 кг, сейчас
значительно увеличилась благодаря открьггию новых месторождений и
разработке новых технологических процессов. Теперь в капиталистических странах
добывают ежегодно около 1500 т золота. Золото получают
цианированием: измельченную золотосодержащзоо породу обрабатьшают цианидом
нат1жя, причем золото в виде комплексного соединения переходит в
раствор; затем его осаждают добавкой цинковой стружки.
Золото — единственный материал, который вскоре после добычи вновь
уходит "под землю", так как почти две трети мировых запасов золота
хранятся в сейфах банков. Областей применения золота немного - оно
настолько же красиво, насколько и бесполезно, словом, оно истинный царь !
Алхимики рекомендовали растворимые соли золота ("аурум потабиле",
т.е. "золото для питья") принимать для лечения от всех болезней и для
продления жизни. Сейчас золото иногда использзоот в производстве
некоторых сердечно-сосудистых средств, и то его целебное действие многие
врачи оспаривают. В течение нескольких десятилетий в фотографии
применяли золотосодержащие растворы для придания снимкам красного или
темно-коричневого оттенка. Сейчас зто вышло из моды, как и золочение
громоотводов/ Дешевые украшения сейчас золотят гальванически.
"Листовое золото" делают из томпака или других блестящих медных сплавов и
40

покрывают их тонким слоем золота. Незаменимым золото ост^ось
только при сенсибилизации (придания чувствительности) фотогртфической
эмульсии, при золочении фарфора и изготовлении контактов ответственных
злектронных схем. Хотя золото и обладает большой химической
устойчивостью, его высокая цена не позволяет использовать зтот металл в
химической промышленности, и только фармацевты использзоот золото в очень"
немногих приборах (в основном зто очень тонкое "сусальное" золото).
Однако если народы когда-либо догсшорятся измерять общественное
богатство каким-либо другим зквивалентом, то золотые запасы поступят в
распоряжение человечества и золото, возможно, найдет промышленное
применение.
>»
УДИВИТЕЛЬНОЕ ВЕЩЕСТВО''
И ЕГО РОДСТВЕННИКИ
ТАИНСТВЕННЫЙ СВЕТ В 1669 Г. гамбургский алхимик Хен-
нинг Бранд в поисках философского
камня решил вьшарить досуха мочу и дистиллировать оставшийся осадок
в реторте. Перегоняя дистиллят и часть оставшейся в реторте
обуглившейся массы вторично, он заметил в сборнике желтовато-белое вещество,
которое в темноте светилось загадочным зеленым светом, а на воздухе
самовозгоралось. Мы не знаем, почему Бранд пришел к мысли провести
именно зтот опыт. По-видимому, о проведенных еще в XII веке арабским
алхимиком Альхидом Бехилем аналогичных опытах Бранд не знал, но,
возможно, ему был известен рецепт Парацельса, в котором содержатся некоторые
указания по перегонке мочи. Там говорилось; "Ректифицируй мочу,
перегони ее совсем, тогда в одну сторону уйдут злементы воздух, вода и земля,
а на дне останется огонь. Затем возьми и соедини все зто снова и потряси,
и перегони четыре раза таким же образом. При четвертой перегонке выйдет
сначала вода, потом воздух и огонь, а на дне останется земля. Тогда воздух
и огонь возьми в отдельный сосуд и охлади, потом отломи сосульки — это
будет элемент огонь. Хотя, если они свалятся в дистиллят, они останутся
холодными". Из этого очень темного указания видно, что при каких-то
условиях получается "холодный огонь", т.е. можно предположить, что
еще Парацельс был знаком со светящимся в темноте фосфором.
Во всяком случае Бранд принадлежал к тогда еще довольно
многочисленной группе "посвященных", мечтавших в один прекрасный день найти
философский камень и с его помощью получить богатство и долголетие.
Насколько нам известно, сам Бранд был офицером, но затем стал
аптекарем, ознакомился с работами Парацельса и приобрел звание доктора. В
удивительном веществе, которое ему удалось получить и которое он
назвал "холодным огнем" или просто "мой огонь", Бранд увидел средство
для обретения денег, требующихся ему для ведения дальнейших опытов.
Поэтому он известил коллег и прочих заинтересованных лиц о своём
открытии и предложил поделиться с ними рецептом производства нового
вещества за соответствующую мзду. Дело в том, что еще в 1603 г.
сапожник Винченцо Касциороло из Болоньи открыл вещество, которое могло -
41

светиться в темноте после
облучения ярким светом. Теперь мы
знаем, что этот "литеофосфорус"
(светящийся камень) был
неочищенным сульфидом бария —
предком современных светящихся
красок. С тех пор светящиеся
вещества часто
демонстрировали при дворах многочисленных
государей и в ученых обществах
как научные курьезы. Поэтому
Бранд -мог рассчитывать на
прибыль от открытия.
Первым "клиентом" Бранда
был торговый советник из
Дрездена врач и алхимик Адам
Краффт, который
продемонстрировал новый "удивительный
материал" при дворе брандербург-
ского курфюрста Фриндриха-
Вильгельма II 24 апреля 1676 г.
Лейб-медик курфюрста И.С. Айс-
хольц назвал новое вещество
"фосфорус мирабилис"
(удивительный светонос), а
придворный алхимик Иоганн Кункель
(1630-1703 гг.) в скором
времени так научился обращаться с
этим "фосфорусом" что его
начали считать чуть ли не его
открывателем. Кункель )ггверж-
дал, что может извлекать
фосфор из животных, рыб, птиц,
трав, деревьев и т.д. Наличие фосфора в животных и растениях было
доказано в действительности несколько позже.
Титульный лист книги *'Триумфальная
колесница антимония" Василия Валентина,
изданной в Нюрнберге в 1676 г.
Еще одним "клиентом" Бранда был великий английский химик Роберт
Бойль. Его особенно интересовало свойство фосфора самовоспламеняться
на воздухе с образованием белой массы. Бойль первым установил, что
водный раствор этой массы обладает кислотными свойствами.
Воспламенение материала протекает по реакции
2Р + 502 = 2Р2О5.
Такая реакция подцается количественному расчету, так как все
реагенты, кроме кислорода, находятся в твердом состоянии. Сгорание фосфора
было одной из реакций, на основе которых впоследствии Лавуазье создал
теорию горения. Позже на основе этой теории он разработал понятие
элемента, согласно которому фосфор также был химическим элементом.
42

Легкая восппаменимость фосфора приводила к многочисленным
несчастным слз^аям, и даже Кункель позже сообщил, что он поэтому перестал
на некоторое время получать фосфор. В качестве добавки к
самовоспламеняющимся массам фосфор применяли в годы второй мировой войны, во
время войн, которые США вели в Корее и Вьетнаме, с помощью фосфора
было убито множество людей, разрушено много материальных ценностей,
что принесло фосфору печальную "славу". Применение такого оружия
особенно бесчеловечно, так как оно поражает и мирное население, а те,
кто выживает, впоследствии страдают от ран.
Но вернемся в XVIII век. В то время фосфор был любопытным
курьезом природы. Например, ассистент Бойля Ханквитц со своим сыном
нажили состояние, торгуя фосфором. Маргграфу в 1743 г. удалось
несколько усовершенствовать процесс полз^ения фосфора. Сырьем служила
выпаренная моча, в которзоо добавляли хлористый свинец и уголь. В 1770 г.
К.В.Шееле и Ю.Г.Ган разработали способ полз^ения фосфора из
костяной золы. Ее обрабатывали азотной кислотой, осаждали кальций из
раствора серной кислотой, а полз^енную таким образом фосфорнзоо кислоту
перегоняли с древесным углем. Применение зтого способа значительно
удешевило фосфор.
Сейчас мы получаем фосфор в электрических шахтных печах из фосфора
кальция с коксом и кварцем. Необходимая для производства фосфора
энергия подводится с электрическим током (от нагревательных элементов
или электрической дуги). В печи происходит реакция
Саз(Р04)2 +3Si02 + 5С = BCaSiOg + 5С0 + 2Р.
Получаемый фосфор служит в основном для производства чистой
фосфорной кислоты.
ИЗВЕСТНЫЙ РОДСТВЕННИК Все материалы, светившиеся в темноте,
ИЛИ'ТРИУМФАЛЬНАЯ В давние времена объединяли в одну
КОЛЕСНИЦА АНТИМОНИЯ" группу. Кроме "литеофосфоруса", или
"фосфора мирабилис", в нее входили
открытый в 1674 г. "балдуинов фосфор" (прокаленный нитрат кальция) и
открытый в 1768 г. "кантонский фосфор" (неочищенный сульфид
кальция) . Однако элементарный фосфор не имел ничего общего с этими
"минеральными фосфорами", да и светились они по совсем другим Причинам.
"Минеральные фосфоры" под действием облз^ения с высокой энергией
(коротковолновый свет, ультрафиолетовые или рентгеновские лучи)
переходят в возбужденную форму, а затем отдают свет и возвращаются
в обычную форму. Это явление назьюается фосфоресценцией. Свечение
же элементарного фосфора основано на том, что при его окислении сначала
образуется трехокись * фосфора Р2О3, а затем пятиокись фосфора Р2О5, а
высвобождающаяся при этом энергия вьщеляется не в виде тепла, как у
* Современная химическая номенклатура предусматривает вместо терминов
"окись", "окисел", 'Трехокись" и т.д. употрйебление терминов "оксид", "триоксид"
и TJX,. Однако в книге сохранена прежняя терминология, поскольку в тексте неодаок-
ратно цитируются старые источники. Прим. ред.
43

большинства веществ, а в виде света. Это явление назьшается хемолюми-
нисценцией^
Бранд, Кункель и Бойль (и даже их предшественники) были знакомы с
веществами, свойства которых близки к свойствам "удивительного"
фосфора, но зти вещества не светились. Одним из таких "родственников"
фосфора был светлоч^ерый металл, известный в Китае еще за три тысячелетия
до Н.З.; его, вероятно, производили и использовали также древние
египтяне. Но дороже этого хрупкого, хотя и не обладающего значительной
твердостью металла они ценили его соединение — сурьмяный блеск (трисульфид
сурьмы), который они называли "стимми". Из него делали очень
распространенные на Востоке косметические средства для наведения бровей; в
средние века арабы пользовались этим средством, называя его "коголь".
Интересно, что Парацельс из арабского обозначения "аль коголь" ("аль" —
арабский артикль) сделал название "алкоголь", которым обозначил "дух
вина".
Древние римляне как сурьмяный блеск, так и полз^аемый из него
металл называли "стибиум"; позже для обоих этих веществ было
предложено название "антимоний".
Парацельс и А.Либавий (около 1550—1616 гг.) применяли препараты
из сурьмы для медицинских целей; сурьмяный блеск использовали также
для разделения золота и серебра. Однако сурьма оставалась в
безвестности, пока не появилась книга зрфуртского монаха-бенедиктинца Василия
Валентина 'Триумфальная колесница антимония". Современные
исследователи не знают, существовал ли в действительности Василий Валентин и кто
скрывался под этим псевдонимом. Мы знаем только, что приписываемые
Василию Валентину книги бьши написаны во второй половине XVI века,
по-видимому, несколькими авторами, находившимися под сильным
влиянием работ Парацельса.
В "Триумфальной колеснице антимония" — вероятно, первой
монографии, посвященной этому элементу, — подробно описано производство
сурьмы и некоторых ее соединений, показано применение этих веществ
для лекарственных целей. Кроме того, в книге рассмотрены и другие
химические реакции, особенно относящиеся к минеральным кислотам.
Большой успех "Триумфальной колесницы" и других работ Василия
Валентина привел к тому, что препараты сурьмы в течение столетия были
модным лекарством, хотя иногда их применение даже запрещали
вследствие ядовитости. Так, парижский парламент в 1566 г. запретил всем
парижским врачам применять препараты сурьмы "под страхом потери прав
на лечение"; а в 1603 г. такое же запрещение издал медицинский
факультет Парижского университета. Подобные опасения нельзя считать вполне
обоснованными, хотя соединения сурьмы шюхо воздействзоот на
пищеварительный тракт и вызывают рвоту (вино из сурьмяного сосуда в
средние века использовали в качестве рвотного). Весьма своеобразным
лекарством в средние века была так называемая вечная пилюля — шарик из
металлической сурьмы. Такие пилюли назначали при желудочно-кишечньрс
заболеваниях. "Вечной" ее назьшали потому, что после каждого прохода
через человеческий организм ее тщательно очищали и затем вновь
использовали.
44

Когда пошла на убыль медицинская "карьера" сурьмы, шум вокруг
этого вещества смолк. Сурьма служила компонентом литейных сплавов, в
основном типографских, использовалась для отливки пломб-печатей,
амулетов, колоколов и т.д. Дело в том, что при охлаждении сплавы сурьмы
расширяются, что обеспечивает очень точное воспроизведение литейной
формы. И сегодня основное применение сурьма находит в литейных
сплавах.
ЯДБОРДЖИЛ В семье фосфора есть родственники и
"повреднее", чем сурьма. Это хрупкое,
но не очень твердое вещество в виде металла, которое встречалось еще в
древнеегипетских медных сплавах, правда, попадало оно туда, видимо,
слз^чайно. Речь идет о мышьяке. Сам по себе этот элемент был известен еще
в IV веке н.э., но точное описание его полз^ения содержится только в
трудах немещсого естествоиспытателя и теолога Альберта Великого (1193—
1280 гг.). Соединения мышьяка были известны значительно раньше, прежде
всего золотисто-желтый дисульфид мьпыьяка (аурипигмент, что по-латьши
значит золотая краска), из которого еще римский император Калигула
(37—41 гг.) намеревался производить золото. Римские же модницы
пользовались этим веществом как косметическим средством и применяли его
для удаления волос. Славу о ядовитости мышьяку принесла его трехокись
AsjOa — белый порошок, названный Плинием Старшим "арсеникон", что
по-гречески значит отважный из-за его способности реагировать с другими
металлами. Он привлек внимание древнеримского исследователя тем, что
окрашивал медь в белый цвет. При добавке к этому сплаву серебра
получался сплав, очень похожий на серебро; его и использовали как фальшивое
серебро. Альберт Великий уже знал, что при сильном нагреве мьппьяк
становится летучим. В скором времени стало известно, что внешне
безобидный, безвкусный порошок трехокиси мышьяка — сильный яд; его
использовали для борьбы с вредителями, в частности мьпиами (отсюда, вероятно,
происходит и русское название этого элемента). Но были и злоумьшхлен-
ники, которые использовали мышьяк для устранения неугодных им людей.
Самые известные в истории отравления — отравления мьпыьяком. Они бьши
"в моде" еще при византийском императорском дворе, а пресловутый
знатный род Борджиа, который в эпоху Возрождения долго тиранически
угнетал Италию, пользовался мьппьяком для большинства политических
убийств. Еще в 20-х годах нашего века в печати сообщалось об убийствах с
помощью мьппьяка. В наши Д1Ш даже в странах с высоким уровнем
преступности отравители не применяют мышьяк, так как
химики-криминалисты без труда и надежно обнаруживают самые незначительные его
количества (0,0001 г). Однако мышьяковые отравления иногда встречаются как
профзаболевания, особенно при плавке мышьяксодержащих руд.
Известный средневековый горняк, металлург и врач Георг Агрикола (1494—
1555 гг.) указывал на токсичность мьпыьяка, точнее его трехокиси, вьще-
ляющейся при плавке руд. Такая же опасность сзоцествует в производстве
красок, средств для борьбы с вредителями и т.д.
Мышьяковые соединения входили также в состав некоторых
отравляющих веществ, погубивших множество людей во время первой мировой
4

войны. Однако ведь и желтый фосфор и многие его соединения тоже
ядовиты; в частности эфиры фосфорной кислоты: отравляющие вещества
зарин, зоман и табун, которые в годы второй мировой войны изготовляла
фирма "ИГ фарбениндустри" по заказу фашистского правительства
Германии, использовавшего эти вещества для массовых убийств в
концлагерях.
В наше время имеются еще более з^жасные яды и возможность их
применения в военных целях или с другими преступными намерениями —
страшная опасность для всего человечества. Поэтому важнейшая задача
народов мира состоит в борьбе не только против ядерного оружия, но
и против любых других средств массового уничтожения.
ДОЗА РЕШАЕТ ВСЕ Быть может, человеку вообще не
нужно иметь дела с такими ядовитыми
веществами, как мьпньяк и его соединения? Однако есть одна совсем
неожиданная область применения этого вещества — фармакология. Еще
древнегреческий врач Диоскорид (около 50 г.) применял сульфид мышьяка
реальгар AsS как окуривающее средство против астмы, а арабский врач
Абу Бекр аль Рази (850—923 гг.) рекомендовал трехокись мьпыьяка при
малокровии, нервных болезнях и заболеваниях кожи. Парацельс тоже
прописывал мьпыьяковые препараты и защищался от своих критиков
следующими словами: "Все вещества ядовиты и безвредны, и только доза
определяет, безвредно ли лекарство"
Действительно, небольшие дозы трехокиси мьш1ьяка (0,5—5 мг в день,
т.е. тысячная доля смертельной дозы) дают прибавку в весе и улучшение
общего самочувствия. Поэтому конские барьшшики, чтобы продать
негодную лощадь, давали ей мьшгьяк, отчего шерсть лощади становилась
гладкой, а общий вид улучшался. Лекарства от малокровия и до сегодняшнего
дня содержат микроскопические дозы трехокиси мьшгьяка. В некоторых
альпийских областях мышьяк применяют как возбудитель при физических
перегрузках; здесь есть такие "мышьякоеды", которые могут принимать
до 0,4 г трехокиси мышьяка, что в несколько раз больше смертельной
дозы. В наши дни соединения мъшхьякя из-за их токсичности используются
очень редко, например для умерщвления нерва в больных зубах. Кроме
того, при лечении болезней, вызванных спирохетами или трипаносомами,
применяют открытый в 1909 г. немецким врачом и биохимиком Паулем
Эрлихом препарат сальварсан. В состав сальварсана входит мышьяк, а
химический "титул" этого лекарства звучит так: 4,4'-дигидрокс-3,3'-диамино-
арсенобензолгидрохлорид. Металлический же мышьяк иногда применяют
в сплавах, например для производства свинцовой дроби.
ЗНАКОМЬТЕСЬ: ВИСМУТ Последний элемент группы фосфора-
висмут — бьш известен во времена
Хеннинга Бранда. Это розовато-белый блестящий металл, открытый,
вероятно, саксонскими горняками. Его название происходит или от
древненемецкого "висмут", что значит белый металл, или от немецких же слов
"визе" — "луг" и "мутен" - "добьшать руду" (висмут получали на лугу
Шиееберг в Саксонии). Агрикола латинизировал это название и описал
46

металл под именем "бисмутум". С висмутом был знаком еще Альберт
Великий.
Висмут относится к редким элементам; по распространенности в земной
коре он стоит на 66-м месте, уступая, например, аргону или урану. В
природе он встречается в виде окиси ВхгОз (висмутовая охра) и сульфида
BI2S3 (висмутовый блеск), а иногда в самородном виде. Большие
месторождения висмута есть в Перу и Австралрш, а также в ГДР. Висмут, как и
сурьма, несколько расширяется при затвердевании, поэтому его
используют в типографских сплавах. Некоторые сплавы висмута очень
легкоплавки. Например, сплав Вуда (50 % висмута, 25 % свинца, 12,5 % кадмия и
12,5 % олова) плавится при температуре около 70 °С. Такие сплавы
используют для плавки предохранителей в электротехнике, датчиков в
автоматических противопожарны^^ установках, при гибке тонкостенных труб, для
изготовления выплавляемых моделей в литейном производстве и т.д.
Электрическое сопротивление висмута изменяется в зависимости от
давления. Поэтому висмут используют в качестве регуляторов в контрольно-
измерительной аппаратуре. Кроме того, он находит применение в
термопарах, вьшрямителях, геофизических приборах. Если использование мьпыья-
ка и сурьмы со времен средневековья в общем уменьшилось, то для
висмута в наши дни находятся все новые области применения. Его добавляют
в ядерное топливо атомных реакторов, используют в качестве
полупроводника. Зато соединения висмута (нитрат и галлат), которые долгие
десятилетия были главным компонентом средств ухода за кожей, а также
использовались при лечении ран, нарзонений пищеварения и т.д., практически з^же
не применяются, так как на смену им пришли более эффективные
антибиотики.
"ДВОЙНАЯЖИЗНЬ" Сегодня мы легко устанавливаем род-
ЭЛЕМЕНТОВ ство между четырьмя перечисленными
элементами, потому что хорошо знаем
их химические свойства и видим, что они очень сходны. Все эти элементы
образуют с водородом летучие соединения РНз, AsHa, SbHa, BiHa, с
галогенами они вступают в соединения с атомным отношением 1:3 и 1:5 и т.д.
Но если сравнить желтовато-белый, воспламеняющийся на воздухе фосфор
с имеющей вид металла, устойчивой к небольшому нагреву сурьмой, то в
родство этих элементов трудно поверить. Еще больше по физическим
свойствам отличается от наших "родственников" еще один член "семейства" —
азот. Однако все они составляют пятую основную группу периодической
системы.
Не мудрено, что химики средневековья, у которых не было
возможности сравнить и обобщить результаты проведенных ранее бесчисленных
опытов, в отношении химической природы именно этих элементов, можно
сказать, блуждали в потемках. Это видно и из того, что названия "арсе-
никум" и "антимониум" долгое время относились и к мьпыьяку и сурьме,
и к их сульфидам. Уже упомянутый Василий Валентин считал сурьму (как и
древние египтяне) разновидностью свинца, а Агрикола назьшал висмут
"плюмбум Щ1нереум", т.е. сожженным свинцом. Однако Агрикола знал, что
висмут — настоящий металл. Французский химик и врач Никола Лемери
47

(1645—1715 гг.) путал висмут с цинком и считал, что его можно получать
из загрязненного (мышьяксодержащего) олова пзггем переплавки с винным
камнем и селитрой. Такие неточности можно частично о&ьяснить тем, что
по своему поведению элементы пятой группы значительно отличаются от
остальных известных в то время металлов. Химики старых времен
понимали, почему Василий Валентин назьшал эти элементы
"незаконнорожденными металлами". Например, о мышьяке он говорил: "У ртути и сурьмы
мышьяк — незаконный сын", а о висмуте: "Висмут, или марказит, —
незаконный сын Юпитера" (алхимики считали металлом Юпитера олово).
Окислы мьппьяка (в меньшей степени сурьмы и пятивалентного висмута)
в водных растворах проявляют частично кислотные свойства, а окислы
других металлов преимущественно показывают основной характер.
Сейчас мы знаем, что мышьяк, сурьма и некоторые другие элементы,
например полоний, теллур, кремний, германий, бор и олово (серая
модификация) , как по стрзпктуре кристаллической решетки, так и по электрическим
свойствам отличаются от типичных металлов. Поэтому их называют
металлоидами.
Но если родство между мышьяком, сурьмой и висмутом в какой-то
степени еще осознается, то мысль о вводе фосфора в эту "семью" старым
химикам и в голову не приходила. У самого Хеннинга Бранда, проводившего
в свое время обстоятельнейшие исследования мышьяка, ни разу не
возникла идея сравнить мьиньяк с открытым Брандом фосфором. Слишком з^ж
была велика разница во внешнем виде и физических свойствах
желтоватого фосфора и темно-серого мышьяка с металлическим блеском. Однако
позже выявилось, что именно элементы этой группы обладают свойством к
образованию различных модификаций, что объясняется различным типом
связи между атомами, а модификации сильно различаются по свойствам.
Taicoe свойство назьшается аллотропией (от греческих слов "аллос" —
другой и "тропос" — способ, род), а различные формы элементов —
"аллотропическими модификациями" (слово "модификацио" по-латыни означает
изменение).
Первый раз такие измененные формы были открыты в 1847 г.
профессором Венского политехнического института Шрёттером, который по
совету одного химика-любителя обратил внимание на то, что белый фосфор
приобретает красный цвет. Такие наблюдения фиксировались и раньше
(Элло в 1737 г., Маргграф в 1743 г., да и Бойль еще раьаше были знакомы
с этим явлением), но химики только отмечали этот факт, не пытаясь дать
ему научное толкование. Шрёттер установил, что такое покраснение
возникает и при нагреве фосфора без доступа воздуха. Ему удалось вьщелить
красный фосфор в чистом виде, для чего белый фосфор он растворил в
сероуглероде. В наше время этот процесс рассматривается как
полимеризация имеющихся в белом фосфоре молекул Р4 • При этом различаются три
"подмодификации" фосфора (с триклинной, гексагональной и
тетрагональной кристаллическими решетками).
В 1867 г. немецкий химик Беттендорф путем быстрого охлаждения ли-
монно-желтого пара металлического мьпыьяка получил его желтую
модификацию с правильным кристаллическим строением, причем по свойствам
она была близка к белому фосфору. При других условиях образуется ко-
48

ричневая модификация мышьяка. В 1904 г. немец А.Шток nposeii реакцию
между сурьмяным водородом SbHa и озонсодержащим кислородом и
получил очень неустойчивую желтую сурьму, а в 1914 г. английский ученый
Перси Уильяме Бриджмен путем нагрева белого фосфора при давлении
свыше 1000 МПа получил чернзоо-модификацию фосфора с ярко выраженными
металлическими свойствами. Она состоит из высокополимерных
зигзагообразных цепочек атомов фосфора, а по кристаллическому строению
аналогична графиту. Таким образом, если висмут известен только как металл,
фосфор, мыхиьяк и сурьма существуют в одной желтой или белой
неметаллической модификации и в одной металлической модификации. Такое
близкое сходство и делает очевидным родство этих элементов.
Интересно, что металлический фосфор можно получить из красной или
белой модификации без нагрева, правда, для этого необходимо повысить
давление до 2000 МПа. Образующийся черный фосфор обладает свойствами
полупроводника. Из него под давлением 8300 МПа при комнатной
температуре можно получить металлоидный фосфор (внешне похожий на
мышьяк), а затем под давлением 12500 МПа - металлический фосфор с
кубической кристаллической решеткой. Черный фосфор можно получить также
путем нагрева в течение нескольких суток. Температура нагрева 380 °С,
реакция протекает в присутствии катализатора — ртути.
В КРУГОВОРОТЕ ЖИЗНИ Еще Иоганн Кункель указьшал, что
фосфор присутствует во всех живых
организмах. Но выводы из этого сделал только 160 лет спустя немецкий
химик Юстус фон Либих (1803-187i гг.), который в 1840 г. опубликовал
работу "Органическая химия и ее применение в сельском хозяйстве и
физиологии". Он показал, что сельскохозяйственные культуры уносят из
П0Н6Ы вещества, которые требуется снова вносить в почву, чтобы
восстановить ее плодородие. К таким веществам Либих отнес и фосфор.
Сначала он считал, что безразлично, в какой форме зти вещества вводить,
но потом убедился, что вводить их надо в виде таких соединений, из
которых они усваиваются растениями, и рекомендовал, в частности,
применявшуюся и раньше в качестве удобрения kocthjoo муку обрабатывать серной
кислотой, переводя муку в растворимую форму, а также применять для
удобрения сточные воды от производства костного клея.
Когда идеи Либиха получили повсеместное признание, костной муки,
естественно, стало не хватать для удобрений. Тогда в качестве исходного
сырья для производства фосфорных удобрений начали использовать апа-
ти CasCCl, F, ОН)(Р04)з и его тонкоизмельченную разновидность —
фосфорит. С серной кислотой зти минералы реагируют следующим образом:
2Са5 (ОН) (РО4) 3 + 7H2SO4 + IOH2O = ЗСа(Н2Р04) 2 + 7 (CaS04 • Н2О).
При этом получается смесь дигидрофосфата кальция и гипса. Эта смесь
назьшается суперфосфатом. Сейчас для обработки апатитов применяют и
азотную кислоту, причем получают высококачественное азотно-фосфорное
удобрение. После обработки суперфосфата фосфорной кислотой
получается так называемый двойной суперфосфат. Известны и другие фосфор-
4 Библиотечная книга 49

тле удобрения ~ томасовский шпак, являющийся продуктом
производства стали, и гуано — помет морских птиц.
Фосфорные соединения играют важную роль в многочисленных
биологических процессах, например в фотосинтезе (создании углеводородов из
воды и углекислоты воздуха с помощью солнечной знергии) и в так
называемом лимоннокислом цикле — разложении углеводородов, связанном с
дыханием. Основным источником энергии для мышечной работы людей
и животных является аденозинтрифосфат (АТФ); зто тоже фосфорное
соединение. Фосфор содержится в костях в форме фосфата кальция.
Множество воскообразных веществ, так называемых липоидов, к которым
относится лецитин, включают в себя фосфор. Фосфор содержится в каждой
живой клетке^ и многие животные накапливают его в своем организме.
Крупнейшие известные в настоящее время месторождения фосфористых
минералов на Кольском полуострове, в Алжире и во Флориде (США)
возникли в основном из животных отложений.
Мировое производство сырых фосфатов в 1972 г. составило 91,6 мпн.т,
причем основнзао массу фосфатов перерабатьшаш! на минеральные
удобрения. Кроме того, соединения фосфора используют для защиты от
коррозии, для производства моющих средств, в текстильной промьшшен-
ности. В небольших количествах фосфорнзоо кислоту часто добавляют
в прохладительные напитки.
ОГОНЬ в КАРМАНЕ Есть и еще одна область применения
злементарного фосфора. Хотя по
количеству потребляемого фосфора эта область и не является важной, но в
повседневной жизни человека и в промьшшенном развитии, да и в истории
некоторых стран она играет важную роль. Речь идет о производстве спичек.
С тех пор как фосфор научились получать в достаточных количествах, это
его применение стало само собой разумеющимся. В 1786 г. впервые в
продажу поступили плотно закрытые бутылочки с белым фосфором, в
который можно было втыкать "серную палочку"; когда эту палочку вьшимали
из фосфора, она воспламенялась. "Серные палочки" представляли собой
деревянные палочки, один конец которых обмакивали в расплавленную
серу и давали ей остыть. Такие палочки были известны по меш>шей мере
еще в 1530 г., их тлением пользовались для сохранения огня.
В 1790 г. появились "туринские свечи" — свечи из воска, с одной
стороны обработанные фосфором и после этого запаянные в стеклянную
трубку. Достаточно было разбить стекло, чтобы свеча загорелась. Однако
большое распространение получили только изобретенные в 1805 г. Шансе-
лем в Париже спички (их производство было организовано в 1812 г).
Эти спички не содержали фосфора; их обрабатьшали смесью серы и
хлората калия (бертолетовой соли). Спичку опускали в бутылочку, в
которой был кусок асбеста, смоченного концентрированной серной
кислотой. О первых фосфорных спичках, изобретенных в 1816 г. Купером,
мы знаем очень мало. В 1830 г. были изобретеш>1 спички с головкой из
смеси фосфора, серы и хлората калия, а в 1832 г. ими уже торговали.
Впоследствии зти спички не раз совершенствовали.
50

Головка типичной спички того времени состояла из серы,' к которой
иногда добавляли окислитель (окись марганца или свинца, селитру), и
пемзы или стеклянного порошка, а покрыта головка была декстрином,
содержащим 5—7 % белого фосфора. Спичка загоралась при трении о
любую поверхность, но у таких спичек были серьезные недостатки. Иногда
они загорались со взрывом (это, правда, бьшает и у современных спичек)
или даже самовозгорались, что могло вызвать ожоги. Кроме того, белый
фосфор ядовит, и рабочие, занятые производством спичек, подвергались
большой опасности. Хотя смертельные отравления были редки,
постоянное вдыхание паров фосфора вызьшало у рабочих (а в основном зто были
женщины и дети) так назьшаемые фосфорные некрозы, т.е. нарзопение
костных тканей, приводившее порой к атрофии нижней, а в тяжелых
случаях и верхней челюсти. Поэтому, например, в Финляндии еще в 1872 г.
производство фосфорных спичек было запрещено.
В 1848 г. франкфуртский профессор Бетгер изобрел применяемые до
настоящего времени безопасные спички с головкой из хлората калия,
серы, стеклянного порошка и добавок (клея, краски, двуокиси марганца).
фосфор наносился только на поверхность, о которую трут спичку,
причем использовался нетоксичный красный фосфор. Однако в Германии
эти спички не получили распространения, так как их требовалось
"чиркать" об особую поверхность. В Швеции же после некоторого
усовершенствования спичек начали их массовое производство. Отсюда спички под
названием "шведских" экспортировались в большинство стран мира,
особенно после того, как все европейские государства в 1906 г. подписали
Бернскую конвенцию, запрещавщую производство фосфорных спичек.
Как часто бывает, основную
прибыль от спичек получил не их
изобретатель, а промышленник
Крюгер, владевший в расцвете
своего могущества 75 % всего
производства спичек и многими
предприятиями других отраслей
промышленности. Он даже
предоставлял займы некоторым
государствам. Однако в конце
концов и он прогорел на
биржевых спекуляциях и покончил
жизнь самоубийством в 1932 г.
В наши дни производство
спичек настолько
автоматизировано, что трое рабочих за смену
могут выпускать 60 тысяч
коробок. Можно выпускать и
спички, загорающиеся при трении о
любую поверхность; головки
этих спичек состоят из тетра-
фосфортрисульфида Р4 S з • Но
4=^
Автомат для производства спичек
¥
t^ « « г
51

потребитель привык к спичкам с коробками, и эти спички не находят
сбыта.
Приведенный в этой главе короткий обзор химии четырех элементов
показывает, насколько многогранны связи современного общества с химией
и как тесно связаны развитие техники и химия. Хеннинг Бранд был одним
из тех немногих алхимиков, которым удалось внести заметный вклад в
развитие техники. Такие алхимики стремились не обогатиться золотом с
помощью философского камня, а извлечь практическую пользу из своих
исследований.
ЭЛЕМЕНТ С ТЫСЯЧЬЮ ЛИЦ
ЕГО УЗНАЛИ ПОЗЖЕ Углерод издавна теснейшим образом
связан с человеком не только в виде
своих бесчисленных соединений, из которых в конечном счете состоит все
живое, но и просто в виде элемента. Еще при гашении костров
первобытных стоянок получался древесный уголь, более чем на 80 % состоящий
из углерода. Ценная модификащш углерода с правильными кристаллами,
содержащая иногда 2—4 % примесей, но часто встречающаяся и в чистом
виде, была известив еще в древности. Большая твердость этих кристаллов
принесла им древнегреческое название "адамас", что значит неодолимый,
отсюда происходит и название "алмаз". Еще Плиний Старший восхвалял
алмазы, считая их самыми ценными из драгоценных камней, но до 1770 г.
алмаз считали разновидностью горного хрусталя. Позже особым
веществом считали модификацию кислорода с гексагональной решеткой; с ней,
вероятно, также были знакомы древние. Однако еще в XVIH столетии ее
часто^лутали с сульфидом молибдена, иногда с сульфидом свинца и
другими свинцовыми рудами и даже с сульфидом сурьмы. Сейчас это вещество
известно под названием графит (от греческого "графо" — пишу). Тот факт,
что углерод стал известен как элемент только в конце XVIH века, связан с
изменением понятия элемента. Особую роль при этом сыграли
исследования углекислоты, как в обиходе именуется двуокись углерода.
Специальные наблюдения углекислоты в минеральных водах проводил
немецкий химик и врач АЛибавий (около 1540—1616 гг.). Б!Олее
подробные исследования этого бесцветного, не имеющего запаха газа, который
несколько тяжелее воздуха, провел бельгийский естествоиспытатель ван
Гельмонт (1577—1644 гг.). Он нашел, что этот газ возникает при брожении
и особенно при горении. Гельмонт писал: "Уголь и все тела, которые не
могут непосредственно превращаться в жидкость, обязательно выделяют
"дикий дух". Из 62 фунтов дубового древесного угля получается фунт золы.
Значит, остальные 61 фунт — зто "дикий дух". Эти знания об углекислоте и
особенно об углекислых солях были впоследствии дополнены другими
химиками. Шведский химик Бергман (1735—1784 гг.) обнаружил двуокись
углерода в воздухе.
Исследовавшие углекислоту английские ученые Блзк (1728—1799 гг.)
и Кавендиш (1731—1810 гг.) были приверженцами теории флогистона, о
52

составе углекислоты они не высказывались. Английский химик и философ
Пристли (1733—1804 гг.), тоже сторонник флогистона, считал, что
углекислота есть соединение флогистона и кислорода. Истину установил лишь
Лавуазье незадолго до открытия кислорода. Он нагрел окись ртути с углем
и получил углекислоту. Затем он, когда формулировал понятие элемента
(об этом будет сказано ниже), включил в число элементов и углерод.
Последнюю точку в отыскании углерода поставил Смитсон Теннант в
1791 г. Он получил углерод, пропуская пары фосфора над раскаленным
известняком.
В земной коре содержится 0,087 % углерода, по распространенности он
занимает 13-е место. Количество его составляет примерно 29000
триллионов тонн, из них 14000 триллионов содержатся в карбонатах осадочных
пород, а 800 триллионов — в виде элементарного углерода в сланцевых
породах. Количество растворенной в морской воде двуокиси углерода
равно 27 триллионам тонн, 0,6 триллиона тонн приходится на углекислоту
атмосферы, а 0,27 триллиона тонн — на живые организмы. При этом 99 %
углерода находится в растениях и только 1 % - в людях и животных.
Примерно 0,6 триллиона тонн углерода имеется в месторождениях
каменного и бурого угля и нефти. Это, несомненно, самые ценные запасы
углерода на Земле, хотя некоторые очень большие и красивые алмазы тоже
стоят огромных денег.
УГОЛЬ БЫВАЕТ РАЗНЫЙ Когда говорят об углероде, то чаще
всего имеют в виду каменный уголь.
Но это не всегда было так, хотя каменный уголь известен с древности.
Ученик Аристотеля Теофраст (около 350—287 гг. до н.э.) указьшал, что
каменный уголь может заменить древесный и что его можно использовать
в кузницах. Древние римляне называли каменный уголь "карбо фосси-
лис" (ископаемый уголь) и применяли его в Англии для плавки металлов,
о чем свидетельствуют исследования находок золы. В Китае тоже
применяли уголь с древних времен, в частности в производстве фарфора. Однако
после распада античного мира в Европе более тысячи лет никто не вспоминал
о каменном угле. Основным топливом были дрова. Возможно, их легче
было добыть, а может быть, авторитет каменного угля подрывал
тошнотворный запах, вьщеляющийся при его горении. Только в ХП—ХП1 веках,
когда леса в Европе очень сильно повырубили (от этого европейцы
страдают и до сих пор), человечество вновь обратило свой взор к каменному
углю. Монахи-августинцы в герцогстве Лимбургском еще в 1113 г.
эксплуатировали угольные копи, а с начала XV века каменный уголь добывали в
Европе на многих шахтах. Сначала его применение наталкивалось на
некоторое сопротивление (например, английский король Эдуард I в 1306 г.
запретил отапливать печи в Лондоне каменным углем), но с бурным
развитием черной металлургии в XIX веке уголь окончательно занял свое
место в современной промышленности.
Кроме каменного угля, в недрах Земли имеется землистый, или
слоистый бурый уголь, содержащий всего 65—75 % углерода, и черный твердый
антрацит (от греческого "антракс" — уголь), содержащий более 90 %
углерода. Ни один из этих углей (и даже древесный уголь) не состоит из чис-
53

того углерода. На вопрос о химической природе угля ответить трудно, так
как даже уголь одного пласта не бьшает однородным. Часто на куске
угля даже невооруженным глазом можно различать темные и светлые,
блестящие и тусклые участки. Типы таких структур называют блестящими,
матовыми и волокнистыми. Геологи называют эти компоненты угля
следующим образом: витрит (блестящий уголь), кларит (среднее между
блестящим и матовым углем), дюрит (матовый уголь) и фюзит (волокнистый
уголь). Сами зти участки состоят из мелких частиц — так назьшаемых
структурных составляющих; только эти частищ»! в какой-то степени
однородны.
Еще одна классификащ1я угля — по его промьшшенному применению.
Бывают, например, длинно пламенные угли, дающие очень длинные языки
пламени, так как они содержат много летучих составляющих. Их
применяют для прямого нагрева (под прямым нагревом понимают нагрев, когда
факел непосредственно касается нагреваемого материала, например
расплава, а косвенным считают нагрев, когда нагреваемый материал не
соприкасается с факелом, т.е. находится в котле или трубе). Такой нагрев нужен,
например, в стекольной промьшшенности. Имеются газопламенные и
газовые угли; хотя они содержат меньше летучих, они пригодны для
производства кокса и светильного газа. Очень твердый кокс, требуемый для
доменного и литейного производства, получают из так называемых жирных
углей. Наконец, тощие и паровичные спекающиеся угли применяют в
химической промышленности для косвенного обогрева *.
ЧТО ТАКОЕ УГОЛЬ? То, ЧТО В угле содержится водород,
отметил еще Лавуазье. Кроме этого,
в угле имеются кислород, азот и другие элементы. В угле указанных вьпие
марок содержание водорода уменьшается от длиннопламенного к
антрациту, а содержание углерода возрастает. Но даже у тощих углей химический
состав сравним с суммарной формулой некоторых высокомолекулярных
ароматических соединений.
Предположение, что уголь состоит из высокомолекулярных
ароматических соединений, подтверждается и тем, что угли возникли из древесины
доисторических лесов, что и видно по углефицированным
(превратившимся в уголь) частям растений, попадающимся в углях множества
месторождений. Но только 25 % сухой массы древесины состоит из
высокомолекулярного ароматического вещества лигнина. Кроме того, древесина
содержит целлюлозу, и общий ее химический состав выражается формулой
С3Н4О2. Таким образом, при образовании угля кислород и водород
должны выделиться.
Начало этого процесса наглядно демонстрируется образованием
торфяных месторождений. В воде торфяных болот без доступа воздуха и под
действием бактерий протекает своеобразное "брожение", при котором
содержание углерода в отмерших частях растений значительно
увеличивается. При этом характерно образование гуминовых кислот — темно-корич-
* в СССР марки углей именуются иначе: длиннопламенные, газовые, коксовые,
жирные, отощенные, спекающиеся, тощие и антрациты. Прим. перев.
54

невых соединений, структура которых до конца еще не выяснеда. Эти
кислоты встречаются также в пахотной почве. Они образуются, вероятно,
как при разложении лигнина, так и при отделении воды от целлюлозы.
В уже "готовом" торфе бактериальные процессы продолжаются, пока
возросшее содержание гуминовых кислот не убивает бактерии. Здесь
достигается стадия образования бурого угля. Следовательно, чтобы из бурого
угля получились антрацит и графит, необходимы дополнительные
геохимические процессы, при которых бурый уголь будет испытьшать действие
высоких давлений и температур. Тогда гуминовые кислоты начнут
выделять влагу, двуокись углерода и метан (недаром же его называют
рудничным газом) и превратятся в высокомолекулярные полимерные
соединения. Позтому в каменных углях гуминовых кислот нет.
В 1890 г. в мире было добыто 512 млн.т угля, а в 1962 г. мировая
добыча составила 2776 млн.т, из них 2093 млн.т каменного и 638 млн.т бурого
угля. Большая часть зтого угля служит для производства знергии. Так, в
1959 г. 43 % мировой потребности в энергии было покрыто углем, причем
только 6,5 % всей энергии было получено не от использования углерода и
его соединений. Но угольных запасов Земли человечеству хватит еще лишь
на 200—300 лет, поэтому надо переходить на другие источники энергии, так
как уголь незаменим и при многих других технологических процессах, в
основном в производстве металлов, где он применяется обычно в виде
кокса. Кокс получают путем нагрева угля в выложенных огнеупорным
материалом камерах без доступа воздуха. При этом содержащиеся в угле
соединения частично разлагаются и улетучиваются. Такой процесс
называют сухой перегонкой. Из угля при коксовании получается 68—85 %
кокса, 4,5-9 % неорганических соединений (вода, аммиак, сероводород,
синильная кислота), 2,6—5,5 % смолы и 13—16 % газа, содержащего метан,
этан, окись углерода, водород. В каменноугольной смоле содержится
свыше 10 тысяч соединений углерода, выделить мы можем пока чуть более
200 соединений. Несколько десятилетий назад эта смола была важнейшим
исходным материалом для химического синтеза; ныне на первый план
в качестве сырья для синтеза вьшши нефть и природный газ.
БОЛЬШЕ ЧЕТЫРЕХ МИЛЛИОНОВ Прежде чем перейти к нефти и полу-
СОЕДИНЕНИЙ! чаемым из нее и угля соединениям,
следует сказать несколько слов о том,
почему именно углерод образует такое количество*соединений — их уже
насчитывают более четырех миллионов и каждый год добавляется еще
по 50 тысяч. На это есть несколько причин, но все они связаны с тем, что
углерод в своих соединениях практически всегда четырехвалентен. Эта че-
тырехвалентность объясняется тем, что на внешней орбите атома углерода
имеются четыре электрона, вращающихся по двум различным траекториям.
Однако электроны согласно принципу наименьшей энергии стремятся
занять в соединениях наилучшее пространственное положение, т.е.
расположиться в углах тетраэдра. Для этого их траектории должны исказиться.
А атомы с такими искаженными электронными траекториями склонны к
образованию преимущественных связей с помощью пары электронов (такие
связи называют ковалентными или атомными) с положительно или отрида-
55

-4
Тетраэдрическое расположение
электронных траекторий атома углерода
тельно заряженными атомами или
группами атомов. К одному атому
^Ш'\Ш^ углерода могут даже присоединить-
^гШ^^Ш^^ ^^ ^^^ положительные, так и от-
^Г ^^^Ш ^W рицательные частицы. Но главное
^г ^^^ш ^W состоит в том, что атомы углеро-
.^г ^Шг ^W ^ могут соединяться между собой
" "Я** ^ в неограниченно длинные цепочки.
Этому опять же благоприятствует
тетраэдрическое расположение их
связей. Так получаются простые
или разветвленные цепочки, кольца
и даже пространственные
образования; зто мы уже знаем из
изложения теорий структуры угля. Химия
углеродных соединений (за
исключением угольной кислоты и ее
солей) именуется органической
химией.
Из цепочечных и кольцевых углеводородных соединений различной
величины и структуры молекул состоит нефть, содержащая 80,4^87 %
углерода, 9,6-13,8 % водорода и 0—5 % серы, а также незначительные
количества кислорода и азота, что соответствует атомному соотношению
^2 2Н3 8 • Процесс происхождения нефти не так ясен, как процесс
происхождения каменного угля; вероятно, она произошла из растительных остатков.
Древние вавилоняне и шумеры использовали смолисты^ остатки сырой
нефти, которые в те времена на территории ньшешнего Ирака
просачивались из-под земли в качестве связующего раствора в строительстве.
Древние египтяне применяли этот остаток (асфальт, что по-гречески значит
"земляная смола") при бальзамировании трупов. Греки познакомились с
нефтью во время походов Александра Македонского (царствовавшего в
336—323 гг. до н.э.); они назьшали ее "нафта". Оружие, известное как
"греческий огонь" (вероятно, это была нефть с добавкой негашеной
извести, которая нагревалась при добавке воды и способствовала восштамене-
нию), появилось только в VII веке. Известны также "священные огни" на
Кавказе — горящие источники нефти и природного газа, которые считались
святынями с древних времен примерно до 1880 г.
Хотя в Японии еще в VII веке и в Ганновере (близ г. Витце, где нефть
добьшают и сейчас) в XVII веке нефть применяли для освещения, до
XIX столетия ее использовали лишь в небольших масштабах, в основном
для смазки телег и в качестве лекарства. В 1780—1850 гг. в Румьшии,
Росии, Польше и Чехословакии (вероятно, независимо) пришла мысль
перегонять нефть и использовать для освещения только ту фракцию,
которая кипит при 150—250 °С. Эту фракцию назьшали петролеум (от
греческого "петрос" — камень и латинского "олеум" — масло). Однако в
больших объемах нефть перерабатьшают только с 1854 г. С изобретением
бензинового и дизельного двигателей внутреннего сгорания (соответственно
1878 и 1890 гг.) стали представлять интерес и другие фракции нефти —
56

жш
f;
;r*^ii- -aci:
1
бензин (температура кипения 40—
150°С), дизельное топливо (250—
350°С) и смазочные масла (300—
450°С). Благодаря этому добыча
нефти в мире возросла с 70 тыс. т
в 1860 г. до 21 млн. т в 1900 г.
Столь беспримерно быстрое
развитие сопровождалось жесточайшей
конкурентной борьбой между
различными группами капиталистов.
В настоящее время к
названным областям использования
нефти прибавились еще две: мазутное
отопление и нефтехимия.
Поскольку добывать и транспортировать
нефть легче, чем уголь, а
вдобавок она имеет более высокую
теплоту сгорания, мазут (фракция
с температурой кипения более
ЗОО^С) становится самым
дешевым топливом нашего времени.
Нефтехимия же позволяет
извлекать из нефти почти все химичес- f
кие продукты, получаемые из уг- .*i»-^
ля, но более легким и дешевым
путем.
Основные принципы
нефтехимии сформулировал немецкий
ученый Карл Шорлеммер (1834—
1892 гг.) - друг и соратник
К. Маркса и Ф. Энгельса; но он
не мог предвидеть размах
нефтехимии. Ассортимент продукции
органической химии в наше время
охватывает почти все красители,
преобладающую часть лекарств,
свыше половины каучука и более
четверти волокнистых материалов (по годовому производству). Сейчас
мы уже не мыслим нашей жизни без таких материалов, как пластмассы,
а их нам дала именно органическая химия. Все эти важнейшие
потребительские товары - соединения углерода, получаемые большей частью из нефти.
И нет никакого чуда, что к 1971 г. мировая добыча нефти достигла
2,46 млрд.т.*
Ректификационная колонна
нефтеперерабатывающего завода
* Не следует забывать, что первое издание этой книги вьшшо в 1971 г., а во втором
издании (1977 г.), переводом которого является данная книга, не учтены некоторые
изменения в мировом топливо-энергетическом балансе. Прим. перев.
57

''МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ'' УГЛЕРОД
И ПРОИЗВОДСТВО САЖИ
Но вернемся к элементарюму
углероду. Во всех случаях, когда углерод
получается в результате разложения
своих соединений, он выделяется в гексагональной форме, т.е. в виде
графита. Вероятно, крупнейшие месторождения графита на Урале, в Шри-
Ланка, ГДР, Финляндии, Канаде и США возникли в результате разложения
углеродистых соединений. Это вещество серого или темноч;ерого цвета с
низкой твердостью сходно с металлом не только блеском, но и
электропроводностью. Поэтому его можно считать металлической модификацией
углерода. Такие свойства графита объясняются тем, что атомы углерода в
каждом его слое расположены в вершинах шестиугольников и каждый
атом связан с соседними тремя ковалентными связями, а четвертый
свободный электрон атома углерода может перемещаться в слое. Таким
образом, каждый слой можно рассматривать как гигантскую двухмерную
молекулу. Между собой слои связаны очень слабо и сдвигаются один
относительно другого. Электропроводность между слоями в 10 тысяч раэ
меньше, чем в слое.
Из смеси графита с глиной делают сердечники карандашей; графит
служит также для нанесения электропроводящих покрытий при
гальваническом получении металлических изделий (гальванопластика) и в качестве
добавок к смазкам. Так как графит хорошо проводит тепло и очень трудно
загорается, из смеси глины с графитом делают тигли, устойчивые к
внезапной смене температур и защищающие расплавленный материал от действия
кислорода воздуха. Из этого материала изготовляют и реакторы (или их
футеровку) для химической промышленности, трубы, заполнители и т.п.,
особенно для работы с сильными кислотами. Применяют графит также для
изготовления электродов и антикоррозионных покрытий. Наконец, он
служит замедлителем в ядерных реакторах.
Природных месторождений графита не хватает, чтобы обеспечить им все
нуждающиеся в нем отрасли производства, поэтому большие количества
этого материала производят на заводах. Если нагреть уголь без доступа
воздуха до 3000 °С, то получится так называемый ачесоновский графит.
На газовых заводах на стенках реторт, т.е. камер для Дегазации угля,
Кристаллическая решетка графита
.л»
осаждается ретортный
графит, который в
отличие от натурального
обладает высокой
твердостью, так как его
очень мелкие
кристаллы прочно сцеплены в
слое. Графит обоих этих
видов используют для
изготовления электродов.
При разложении
углеродистых соединений
(ацетона, природного
газа, каменноугольного
пека, нафталина и др.)
58

получается углерод в очень мелких кристаллах, которые слипаются в
большие рыхлые хлопья. Углерод в такой форме называется сажей. В 1958 г.
было произведено около 1 млн. т сажи. Более 90 % полученной сажи
используют в резиновой промышленности дня производства автомобильных
шин и других изделий; лучшие сорта сажи идут на изготовление туши и
типографской краски.
Да и древесный уголь, который теперь получают не в кучах, а методом
сухой перегонки дерева, используют не только для приготовления
шашлыков. Вследствие большой пористости он оказался пригодным для
поглощения (абсорбции) нежелательных веществ из газов и жидкостей. Кубик
древесного угля с длиной ребра 1 см поглощает, например, 178 см^
аммиака или столько же четыреххлористого углерода, сколько он сам весит.
Еще выше абсорбщюнная способность так'называемого активированного
угля, изготовляемого из особых материалов (костей, крови, скорлупы
кокосовых орехов и т.д.) или полученного спещ1альными способами,
например в присутствии хлорида цинка или водяного пара. У 1 г
активированного угля поглощающая поверхность равна 800 м^. Такой уголь используют
для очистки питьевой воды, обесцвечивания сахарного сиропа и
химических препаратов, обогащения растворов пенициллином, стрептомицином и
т.д., регенерации паров растворителей в лакокрасочной промьшшенности
и на фабриках искусственного шёлка, в противогазных фильтрах, а также
в качестве катализатора для химических реакций.
АЛМАЗЫ ИЗ-ПОД ПРЕССА? Алмаз — это тоже правильная
кристаллическая МО дифик ация углерода.
Хотя попадаются алмазы массой несколько сот граммов (крупнейший
алмаз мира "Куллинан" весил 621,2 г, а один не очень чистый бразильский
алмаз даже на несколько граммов больше), обычно на 1 т породы даже в
самых богатых месторождениях Африки, Урала и Бразилии приходится
всего 0,01—0,1 г алмазов, причем, как правило, в виде мелких вкраплений.
Мировая добыча алмазов (без СССР)
Кристаллическая решетка алмаза.
Каждый атом углерода окружен четырьмя
другими атомами, расположенными в
вершинах тетраэдра
в 1960 г. составила 28,1 миллиона
карат, или 5,6 т; из них около 20 %
пошли на нужды ювелирного
производства. Масса алмазов, как и
других драгоценных камней, измеряется
каратами. Раньше каратом называли
массу семечка рожкового дерева;
в высушенном виде такое семечко
весило 150—220 мг. Сейчас
установлен так называемый метрический
карат, равный 200 мг. Алмазы
бывают прозрачными и бесцветными
(чистой воды), обычно со слегка
голубоватым оттенком, реже с
розовым или желтым. Они по-разному
рассеивают световые лучи
различного цвета, создавая тем самым вели-
59

Отражение световых лучей в
бриллианте
колепную игру красок, которую
можно еще усилить путем шлифовки
алмаза на полное внутреннее
отражение ("бриллиантовая грань").
Однако большинство алмазов —
мутноватые камни, имеющие цвет
от свинцово-серого до черного; такие
алмазы находят техническое
применение. Алмазы не только предмет
роскоши, но и очень ценный материал
для промышленности, так как они
обладают огромной твердостью,
которой не достигает ни один из известных
материалов. Например, шлифующее
действие алмазного пороипса в 140 раз
выше шлифующего действия
корунда — основного компонента
современных абразивных материалов. Позто-
му алмазы применяют в инструментах для сверления, резания и
шлифования очень твердых материалов, для волочения особо тонкой проволоки,
например в производстве ламп накаливания, в качестве подшипников
в сверхточных приборах и т.д. Все мы знаем также о применении алмаза
для резки стекла. В этом случае алмаз надо крепить в инстрз^менте так,
чтобы резка осуществлялась естественной кромкой кристалла; тогда он не
только царапает стекло, но и расщепляет его, как клин. Правда, алмаз
настолько хрупок, что его можно растереть в порошок в стальной ступке.
Однако резать и шлифовать его можно только алмазными же инстрз^мен-
тами.
Столь многообразное применение алмазов вызывает большой спрос на
них. Начиная с прошлого столетия множество ученых (а вместе с ними
множество современных алхимиков и шарлатанов) пытались получать
искусственные алмазы. Для этого нужно "всего лишь" перестроить обычн)ао
структуру углерода в алмазную. Однако, как показьгоает фазовая
диаграмма углерода, очень трудно достичь области, в которой происходит
образование алмазов. Для этого необходимы температуры 2000-3000 ^С и давления
свьипе 3000 МПа! Даже лз^чшие специальные материалы вьщерживают
такие давления лишь тогда, когда они находятся сами под большим
давлением, так чтобы разность давления внутри сосуда и вне efo не превышала
1000 МПа.
Исследователи, занимавшиеся
производством алмазов сотню
лет назад, этих закономерностей
не знали. Англичанин Хзнней
одним из первых нагревал парафин
и костное масло в заваренных
с обоих концов стальных
трубках. При этом он получал
кристаллики, которые до сих пор
хранятся в Британском музее;
60
Бриллианты

tOOO 2.000 3000 4000 5000
Температура *C
Фазовая диаграмма углерода по Бриджмену
экспериментальная проверка по- JUfaeHU» 10 aitt
казала, что по структуре они 1 ооо
представляют собой настоящие
алмазы. Но сегодня мы не
можем с уверенностью сказать,
что зто за алмазы — подделка
•
или результат слз^айно
удавшегося эксперимента, так как в
опытах Хэннея давления были
слишком низкими, чтобы
получились настоящие алмазы, хотя
возможность их получения и при
малых давлениях учеными не
исключается. Правда, все
попытки воспроизвести опыты Хэннея
остаются бе эре зул ьтатными.
Один из таких опытов описал
Жюль Верн в своем романе
"Южная Звезда".
Другой путь получения искусственных алмазов указал французский
физик Муассан в 1894 г. Пытаясь воспроизвести условия образования
алмазов в железных метеоритах, он насытил расплавленный чугун углеродом
и быстро охладил его. Однако вопреки утверждениям многих учебников,
Муассану никогда не удавалось полз^чить искусственные алмазы — его
опыты оказались безуспешными. Другие исследователи пытались
закристаллизовать испаряющийся из электрической дуги между угольными
электродами углерод с помощью жидкого воздуха (О.Руфф, 1917 г., М.Гофман,
1931 г, и т.д.). Но они получали только графит.
Только в 1953—1954 гг. одной американской и одной шведской
группам ученых удалось из парафинов в присутствии металлических
катализаторов получить алмазы при температуре около 2000 ^С и давлении
5300 МПа. В 1958 г. группа советских исследователей получила
искусственные алмазы, а с 1961 г. налажено их производство в значительных
масштабах. Хотя некоторые соединения металлов с углеродом (карбиды
вольфрама, титана и ванадия) вполне способны конкурировать с искусственными
алмазами, все равно потребность в алмазах довольно велика и останется
такой же в будущем*.
Полноты ради упомянем, что при очень высоких давлениях могут
существовать и другие модификащ1и углерода, обладающие более
металлическими свойствами, чем графит. Однако практического применения эти
модификации не нашли и вряд ли найдут.
* Читателю, интересующемуся проблемой искусственных алмазов, рекомендуем
прочесть увлекательную книгу В.Рича и М.Черненко "Неоконченная история
искусственных алмазов" (М., "Наука", 1976). Прим. перев.

ЭЛЕМЕНТ, КОТОРОГО НЕТ
что ЖЕ ТАКОЕ ЭЛЕМЕНТ? Работы Парацельса не только
способствовали привлечению химии к
изготовлению лекарств. Химия стала частью медицины и в этом качестве в
середине XVII века вошла в курс средневековых европейских
университетов. Кроме того, многие ученые и практики, например Агрикола
(1494—1555 гг.), Бирингуччио (1480-1539 гг.), использовали знание
химии в металлургии, А.Нери — в стеклоделии, Б.Палисси — в керамике.
Таким образом, химия часто вносила В1слад в технический прогресс.
Однако, хотя ведущие представители этой науки и перестали заниматься
поисками философского камня, а некоторые из них даже надели
профессорские мантии, химия еще не стала наукой. Не было еще общепризнанной
системы фактов, закономерностей и фундаментальных положений,
которые могли бы служить отправной точкой для дальнейших исследований.
Не было единого мнения даже по столь важному вопросу, как понятие
элемента. Часть химиков придерживалась четырехэлементной системы
Аристотеля, другая часть — трехэлементной системы Парацельса, а
некоторые, например голландский естествоиспытатель Я. ван Гельмонт, имели
свою точку зрения на этот вопрос, причем эта точка зрения была весьма
далека от истины и к тому же не была общепризнанной. Таким образом,
вопрос о понятии элемента был кардинальным в химии того времени.
Вокруг него разворачивались подлинные научные битвы, но
окончательного решения он так и не находил.
Поэтому поистине революционным деянием было опубликование в
1642 г. ректором Гамбургского университета Иоахимом Юнгиусом
(1587—1657 г.) двух книг, в которых он дал понятие элемента. Юнгиус,
исходя из атомистической теории Демокрита, дал удивительно близкие к
современным определения понятий "смесь", "сплав" и "соединение". Эти
определения и логические рассуждения привели Юнгиуса к выводу, что
элементом следует считать такое химическое вещество, которое нельзя
разложить на составные части. Он писал: "Значит, верна аксиома: те
составные части каждого тела, которые растворяются в последнюю очередь,
являются теми компонентами, из которых это тело составлено". Сам
Юнгиус не был химиком — он был ботаником, математиком и философом,
поэтому свои доказательства строил в основном на логических
рассуждениях; однако в решении вопроса, является данное вещество элементом
или нет, признавал правильным только экспериментальный путь. В
опубликованных по обычаю того времени тезисах своих работ он говорил
совершенно ясно: "Поэтому серьезных философов не удовлетворяет тот
химик, который может только разлагать кажущиеся однородными вещества
и получать из них тела, аналогичные соли, маслам или меркурию (ртути);
надо проводить не только разложения, ... но и предпринимать разложения
кажущихся однородными тел различными способами^ сравнивать их между
собой, если хочешь постичь начала (компоненты) вещей. Но какие гипоста-
тические начала (элементы) принять первыми для однородных тел,
постигается не предположениями, а научными ... и непрерывными стараниями в
наблюдении".
62

He так далеко ушел от Юнгиуса английский химик Роберт Бойль
(1627—1691 гг.), опубликовавший в 1661 г. книгу "Химикч;кептик".
Бойль был четырнадцатым ребенком графа Корка. Состояние, которое
досталось ему в наследство, было достаточно велико — оно позволило ему
вести жизнь частного ученого и оплачивать услуги помощников в своих
опытах. К таким помощникам относились гениальный физик-экспериментатор
Роберт Гук (1635—1703 гг.) и химик Ханкевиц. Важнейшая научная
заслуга Бойля — открытие закона сжатия газов, называемого в наше время
законом Бойля — Мариотта. Книга "Химикч;кептик" имела подзаголовок:
"Химико-физические сомнения и парадоксы по поводу опытов, которыми
многие схоласты пытались показать, что истинными началами веществ
являются соль, сера и ртуть". Бойль roican, что "под элементом . . .
подразумевают известные исходные и простые или не содержащие примесей
тела,... из которых непосредственно составлены все так называемые
сложные тела и которые не разлагаются". Однако Бойль оставлял открытым
вопрос, существуют ли вообще такие тела или они просто являются
характеристикой материи и структуры основных начал, по которым построен
окружающий нас мир. Во всех работах Бойль все же отстаивал точку
зрения, согласно которой "люди . . . сослужат лучшую службу миру, если они
приложат все силы к экспериментированию и собиранию полученных
наблюдений, чем если они будут строить теории без экспериментальной базы";
он утверждал вслед за Юнгиусом, что обоснованием понятия элемента дол-
fffillHlPUJ
.■ н
V.
'^'^.
г <*
<- ■>.
nxt-lN
Ul
,л^
CHYMISTA
SCEPTJCt/S
VEL
DUBIA
ЕТ
PARADOXA
rWYMiCO-PJiTSICA I
emeu
IM ft J,
•fet
Аллегорическое изображение огня
Титульный лист латинского издания
книги Роберта Бойля
"Химик-скептик", украшенный аллегорическими
изображениями алхимических и
философских элементов и рисунками
химической аппаратуры того времени
63

жны быть не философские рассуждения, а экспериментально ползд{енные
факты.
Работы Бойля имели большой успех. "Химик<кептик" был переведен
на понятную тогда большинству европейских учевых латьшь и за
несколько лет вьщержал девять изданий. Тем не менее воззрения Юнгиуса и
Бойля распространялись медленно. Еще в 1790 г. Королевская Академия наук
в Берлине вновь подняла вопрос: "Действительно ли в природе существует
лишь пять злементарных земель? Могут ли они переходить одна в другую,
превращаться и, если зто так, то как может протекать такое
превращение?". Правильность новых воззрений нужно бьую доказать повсеместно,
чтобы они бьши признаны.
"ИСПЫТАНИЕ ОГНЕМ" Если следовать взглядам сторонников
теории Аристотеля, то в ходе зкспери-
ментов, на которых настаивал Бойль, в первую очередь было необходимо
изучить поведение вещества в огне, так как, по мнению этих философов,
огонь является не только одним из злементов, но и очень показательным
инструментом для исследования веществ. Хотя представители медищ1нской
химии и не оспаривали непосредственно эти взгляды, но при анализе
минеральных вод они показали, что существуют и другие способы исследования.
Ван Гельмонт еще в 1640 г. отказался от мысли, что огонь представляет
собой элемент, и пояснил, что горение не есть вьщеление особой огненной
материи; пламя есть раскаленное состояние парообразных тел. Бойль в
"Химике-скептике" также оспаривал большое значение огня как
"всеобщего анализатора". Таким образом, исследования огня и процесса горения
постепенно превратились в основной вопрос химии.
Последователи Аристотеля полагали также, что огонь абсолютно легок
и обладает свойством стремиться вверх, от Земли. Однако в XVI—XVII
веках химики полагали, что огонь, как и другие элементы, имеет
определенную массу. Возможно зто было связано и с тем, что в то время чаще
отмечалось увеличение массы под действием огня, особенно при нагреве
"неблагородных" металлов на воздухе. Этот процесс (сейчас мы знаем,
что это окисление) называли тогда "кальцинацией" и приравнивали
(совершенно справедливо) к горению.
Первое указание на увеличение массы при кальцинации есть у
неизвестного автора XIII века, работы которого дошли до нас под псевдонимом
Гебер. Скорее всего это онемеченное имя знаменитого арабского
алхимика Джабира ибн Хайяна (около 720—800 гг.); под его именем было
опубликовано множество работ по алхимии, написанных неизвестными
авторами. Многие из этих работ внесли существенный вклад в развитие науки.
Около 1490 г. немецкий алхимик Пауль Экк подчеркнул, что масса при
нагреве ртути и ртутной амальгамы увеличивается. Его наблюдения бьщи
подтверждены многими учеными в последующие годы. Кардан в 1553 г.
отметил увеличение массы для свинца, Пошшус в 1618 г. — для сурьмы, а
Рей в 1630 г. — для свинца и олова. Однако правильного истолкования этот
процесс тогда не получил. Ведь от "кальцинированных" металлов
совершенно явно отделялось нечто, и зта очевидность приводила к неверному вьюо-
64

ду, что при воздействии огня отделяются какие-то компоненты металла.
Платон в 400 г. до н.з. считал, что ржавчина является ''землистым"
компонентом железа, а уже упомянутый псевдо-Гебер думал, что при нагреве
ртути отделяется ее "водяной" компонент. Той же точки зрения
придерживались Агрикола и Либавий. Парацельс же, напротив, считал, что
"кальцинация" представляет собой улетучивание сернистой составляющей из
металлов, а серу он считал душой металла и поэтому окислы металлов он
называл "мертвыми металлами".
Это воззрение было широко распространено в конце XVI и начале
XVII веков, когда правильной считалась трехэлементная система, но
впоследствии от этих взглядов отказались. Дело в том, что саму по себе серу
начали представлять неким сложным веществом, которое горит только
вследствие наличия в нем горючего масла или жира. Это положение выска-
зьюал еще псевдо-Гебер; оно было развито позже Ф. де ле Бё (Силь-
виусом), И.Кункелем и в особенности И.И.Бехером (1635—1682 гг.). Для
объяснения горения Бехер создал даже свою теорию элементов, которая,
правда, мало отличалась от теории Парацельса. Бехер предполагал, что все
вещества состоят из "земель" трех видов — жирных, минеральных и мер-
куриальных (металлических); жирная земля и обеспечивает горение.
Сгорание всегда представляет собой разложение тела на компоненты; поэтому
гореть могут только сложные вещества. Однако Бехер не применял эту
теорию к конкретным реакциям.
Что касается сгорания, то другие исследователи того времени
приходили (иногда даже раньше) к гораздо более правильным выводам. Уже
упоминавшийся французский врач Ж.Рей правильно объяснял наблюдавшееся
им увеличение массы при кальцинации металлов поглощением части
воздуха; однако он представлял это в виде некой адсорбции воздуха
кальцинированным металлом. Английский физик Р.Гук (1635—1703 гг.),
сотрудник Бойля, расширил эти относящиеся лишь к кальцинации металлов
представления на все процессы сгорания; он предполагал, что )Д1аствующий в
горении компонет воздуха содержится в селитре и что продукты сгорания
могут быть как твердыми, так и газообразными. Однако он считал, что
воздух скорее растворитель, чем )Д1астник реакции. Исходя из этого
положения, английский врач Дж:Мэйо (1645—1679 гг.) правильно рассматривал
кальцинированные металлы как соединения металлов с "селитряным
воздухом", однако его взгляды на другие процессы, протекающие при
горении, были менее верными. Примерно таких же взглядов придерживался
и другой английский врач Т.Уиллис (1621—1675 гг.). Все же эти в основном
правильные взгляды на процесс горения не получили широкого
распространения среди химиков. Это можно объяснить тем, что тогдашние
авторитеты, в первую очередь Бойль, придерживались иных воззрений. Но главным,
пожалуй, был недостаток экспериментального материала, да и кислород
тогда еще не был открыт.
5 Библиотечная книга

ОШИБКА в РЕШЕНИИ В те времена при химических
исследованиях результаты визуальных
наблюдений считались более ценными, чем результаты взвешивания. Это хорошо
иллюстрируют'опыты Роберта Бойля по исследованию горения. В одном из
таких опытов он нагревал унцию (28,35 г) свинца в плотно закрытой
реторте и нашел, что масса свинца увеличилась. Бойль объяснил зто тем, что
свинец поглотил "огненную материю". Такое объяснение казалось ему
единственным, так как во время опытов в реторту не поступало ничего,
кроме тепла. Описьшая свой опыт, Бойль отметил, что, когда он открыл
реторту, туда устремился воздух, однако зтот факт учош>т счел только
доказательством герметичности реторты. Позже Ломоносов и Лавуазье,
повторяя зтот опыт, пришли к совершенно другим вьюодам.
Но тогда химическая теория, объясняющая зти процессы, была
построена не на положениях Гука, Мзйо и Уиллиса, а на воззрениях Бойля и Бехе-
ра. Эту теорию создал немецкий врач и химик Георг Эрнст Шталь
(1660—1734 гг.). Она получила название теории флогистона (от греческого
слова "флокс" — пламя), а роль ее часто сравнивают с ролью птолемеевой
системы мироздания в развитии астрономии. Шталь родился в Ансбахе и
кончил зошверситетский курс в Иене. В 1694 г. он стал профессором
медицины в новом университете в Галле, а в 1716 г. переехал в Берлин, куда его
пригласили для работы лейб-медиком прусского короля
Фридриха-Вильгельма I.
Создавая свою теорию, Шталь преследовал прежде всего цель объединить
в законченную систему наблюдаемые изменения веществ и их совокзошос-
тей, а также различия между смесями исходных веществ и ползд{аемых из
них соединений. Основой этой системы было истолкование процесса
горения, сформулированное Шталем следующим образом: "Хотя много
говорят о горении содержащейся в металле серы, . . . неизвестно и непонятно,
что это — сера или горючее вещество, содержащееся в сере, которое
имеется Ь металлах и всех горючих материалах и является самой главной
причиной горения . . . Самым рациональным было бы назвать это вещество
в соответствии с его общим действием. И я предлагаю назвать его
греческим словом флогистон, что по-немецки означает горючий".
Теория флогистона впервые позволила химикам того времени привести
в систему ряд основных химических процессов. Горение, кальцинация
металлов, дыхание неожиданно оказались совершенно аналогичными
процессами, связанными с отдачей флогистона. Короче говоря, все процессы,
которые мы сейчас рассматриваем как связанные с поглощением кислорода
или отдачей электронов, т.е. окислительные процессы, считались тогда
процессами отдачи флогистона. И наоборот, восстановительные процессы, т.е.
отдача кислорода или получение электронов, считались реакциями отдачи
флогистона. Особенно важные и частые в химии
окислительно-восстановительные реакции, хотя и становились при этом "идущими по кругу" (ведь
ни прибавки, ни убавления флогистона при них не происходит), но
объяснялись они логически безупречно и достаточно хорошо для тогдашней
практики.
Менее полезными были взгляды Шталя на кислоты, основания и соли;
их он считал химически одинаковыми, более или менее загрязненными сме-
66

сями элементарной воды и земли, хотя еще немецкому химкку В.Гом-
бергу (1652—1715 гг.) была известна реакция нейтрализации кислот и
оснований с образованием солей,и даже сторонники теории флогистона
использовали эти знания на практике.
В области окислительно-восстановительных процессов теория Шталя
имела все же два существенных недостатка. Она не давала
удовлетворительного объяснения необходимости воздуха при горении и не объясняла
причины увеличения массы при кальцинации металлов. На первый из этих
вопросов Шталь отвечал, что флогистон всегда ищет вещество, с которым
он мог бы соединиться; поэтому в вакууме, например, горение
невозможно. На второй вопрос он отвечал, что соединенный с металлом флогистон
разрыхляет кальцинированный металл и делает еголегче,т.е. при
кальцинации флогистон уходит и металл становится тяжелее. Позже химики
принимали, что флогистон является веществом с отрицательной массой. Так
считал и Гюитон де Морво (1737—1816 гг.), французский юрист и химик
Ф.Грен, помогавший Лавуазье в составлении номенклатуры элементов, и
один из самых решительных противников алхимии И.Х.Виглеб (1732—
1800 гг.).
Несмотря на эти слабости, теория флогистона не только завоевала
признание почти всех химиков своего времени, но и сделала возможным и
новые многочисленные открытия и научные прогнозы. К приверженцам
теории флогистона относились такие замечательные химики, как Маргграф и
Потт в Германии, Жоффруа и Дюамель де Монсо во Франции, Блэк, Кавен-
диш и Пристли в Англии и прежде всего шведы Бергман и Шееле, вклад
которых в развитие химии огромен. Даже когда Шееле и Пристли открыли
кислород (независимо друг от друга), они решили, что получили "дефло-
гистированный воздух" и до конца жизни оставались верными теории
флогистона.
В то время эксперименту уже придавалось большое значение и,
разумеется, не было недостатка в попытках получения чистого флогистона.
Сам Шталь таких попыток никогда не предпринимал; однако он считал
сосновую и масляную сажи веществами особенно богатыми флогистоном
или даже, по современной терминологии, "технически чистым"
флогистоном. Макер считал, что чистый флогистон — то же самое, что свет, а
загрязненный флогистон, образующийся при "медленном" сгорании угля, — газ
(окись углерода). Позже очень многие химики считали, что флогистон и
водород — это одно и то же. Аналитически определить флогистон в
металлах пытался Бергман, в минеральных водах его искали Винтерль и Эстрай-
хер. Но этим блестящим экспериментаторам, возможно самым искусным в
истории химии, найти флогистон не удалось.
ПОВОРОТНЫЙ ПУНКТ ХИМИИ При жизни Шталя и какое-то время
после его смерти у теории флогистона
не было серьезных противников, хотя некоторые химики, особенно
соученик Шталя Ф.Гофман и голландец Х.Берхааве, высказьшали сомнения в
том, что металлы являются сложными телами (соединениями). Однако их
работы не находили широкого отклика по причине, которую известный
венгерский историк химии Шабадвари характеризует следующим образом:
5* 67

"В повседневной жизни человек сжигает дерево и уголь гораздо чаще, чем
металлы. При этом он ясно видит, что количествогорящейматерии
постоянно уменьшается и что-то из нее выходит. Разве не было бы совершенно
естественным перенести эти наблюдения на металлы и считать процесс
горения отщеплением каких-то компонентов вещества? Это более
правдоподобно, чем полагать, что при этом . . . что-то добавляется к материи".
Но далеко не все химики мирились с противоречиями теории
флогистона. К их числу относился и великий русский ученый Михаил Васильевич
Ломоносов (1711—1765 гг.). Он обучался химии в Германии, а потом стал
профессором Петербургского универститета. Ломоносов повторил опыт
Бойля по кальщшации металлов, но он взвесил сосуды с расплавленным
и долго нагревавшимся металлом, не открывая их. Понятно, что
никакого увеличения массы он не обнаружил. Увеличение массы вследствие
поглощения тепла не происходило, что Ломоносов доказал и "холостым"
опьяом, взвешивая пустые сосуды до и после нагрева. Так было доказано
то, что Мэйо высказывал как предположение: кальщ1нированные металлы
представляют собой соединения металлов с частицами воздуха. К
сожалению, в свое время зти важные исследования остались неизвестны химикам.
Перелом наступил позже и имел другое направление. В 1772 г.
французский химик Антуан Лоран Лавуазье представил французской
Академии наук доклад, в котором он показал, что не только металлы, но и сера,
и фосфор при сгорании становятся тяжелее. Эти исследования были
проведены еще на основе теории флогистона и истоком их были работы
Лавуазье по "фиксированному воздуху" (двуокиси углерода). Однако уже
в 1774 г. Лавуазье установил, что увеличение массы при кальцинации в
точности равно массе "адсорбированного" воздуха. В том же году
французский химик Пьер Байен доказал, что кальцинированная ртуть (окись
ртути) при чистом нагреве, т.е. без подвода флогистона, может
превратиться в ртуть и "воздух", причем потеря массы окисью ртути равна массе
получившегося "воздуха". Из зтих результатов химик сделал вывод, что,
вероятно, теорию флогистона можно применять лишь в ограниченных
масштабах.
Вскоре Лавуазье узнал об открытии кислорода и не замедлил привлечь
зтот факт к своим идеям о горении, к сожалению, не упомянув об авторах
этой работы. В своем сообщении от 26 апреля 1775 г. он сказал, что
полученные результаты опытов так же хорошо можно объяснить, если принять,
что вещество при нагреве не отдает флогистон, а поглощает кислород. Это
было первое указание на участие кислорода в горении; в это же время
Пристли еще называл кислород "дефлогистированным воздухом", а Ше-
еде считал, что имеется "огненный воздух", с которым соединяется
флогистон горящих веществ, образуя свет и тепло.
Хотя Лавуазье в это время (и даже позже) занимался изучением
результатов других исследователей, он уже представлял свою теорию горения в
общих чертах. Все же в работе "О сгорании"- (1777 г.) он говорил, что его
истолкование процесса горения менее противоречиво, чем теория
флогистона, но саму теорию он еще не отрицал. И только в 1783 г. Лавуазье
опубликовал работу "О флогистоне", где было сказано, что теория Шталя
совершенно неверна; перед публикацией этой работы Лавуазье проделал множес-
68

тво опытов для проверки своих взглядов, в том же году ему удалось
разложить "элемент" воду с помощью раскаленной железной проволоки на
кислород (связанный с железом) и водород; еще до этого английский химик
Г.Кавендиш (1731—1810 гг.) получил воду из водорода и кислорода.
Таким образом, было установлено, что горение основано на реакщш
с кислородом, что вода не является элементом, а металлы — не
соединения, калыщнированные же металлы состоят из металла и кислорода. Все
это неизбежно должно было привести к полному переосмыслению знаний
о составе почти всех известных в то время веществ и тем самым к
переворогу в химии. Но такие изменения, естественно, не могли произойти без
определенного сопротивления ученых,и в преодолении этого сопротивления
Лавуазье принадлежит решающая роль. Этой трудной задаче он посвятил
много энергии; он понимал, насколько весбм авторитет классиков
философии и естествознания и как трудно новым поколениям выступать против
установившихся взглядов. Но, говорил Лавуазье, "истину всегда следует
искать только в естественном сочетании накопленного опыта и
наблюдений, ... а (собственные) рассз^кдения исследователя должны быть
ограничены такими небольшими этапами и короткими цепочками
доказательств, чтобы они никогда ... не отрывались от наблюдаемых явлений".
Эти строгие требования Лавуазье принял и в своем определении
понятия "элемент". На заседании французской Академии наук 18 апреля 1787 г.
он говорил: "С обозначением элемента или просто вещества мы связываем
понятие последнего предела, до которого может проходить анализ, тогда
Аппаратура, используемая Лавуазье для
сжигания веществ в атмосфере различных
газов: слева —лабораторный газометр, справа-
стеклянный колокол в так называемой
пневматической ванне
Лавуазье с женой в лаборатории
(с картины Ж. Давида)

все вещества, которые мы уже не можем разложить на компоненты будут
для нас элементами ... и их нельзя считать сложными, если наш опыт и
наблюдения не докажут этого". В соответствии с этими положениями он позже
составил "Таблицу простых веществ", куда входили 33 вещества. Среди
Составленная Лавуазье химическая номенклатура
Род элементов
Простые вещества.
имеющиеся во всех трех
природных царствах*
и рассматриваемые
как элементы тел
Простые
неметаллические вещества.
окисляющиеся до
кислот
Новое название
Свет
Тепло
Кислород
Азот
Водород
Сера
Фосфор
Угаерод
Мурийный
Соответствующие старые названия
Свет
Тепло
Тепловое начало
Огненный флюид
Огонь
Дефлогистированный воздух
"Сверхвоздух"
Воздух жизни
Флогистонный газ
Основа воздуха жизни
Дурной воздух, удушливый
воздух
Основа дурного воздуха
Негорючий газ
Основа негорючего газа
Сера
Фосфор
Чистый уголь
Еще не известно (хлор)
Простые
металлические вещества,
окисляющиеся до кислот
Простые земляные
вещества,
превращающееся в соли
радикал
Плавиковый
радикал
Борат-радикал
Сурьма
Мышьяк
Висмут
Кобальт
Медь
Олово
Железо
Марганец
Ртуть
Молибден
Никель
Золото
Платина
Свинец
Вольфрам
Цинк
Известь
Магнезия
Барит
Алюмен
Силика
Еще не известно (фтор)
Еш^ не известно (бор)
Сурьма
Мышьяк
Висмут
Кобальт
Медь
Олово
Железо
Марганец
Ртуть
Молибден
Никель
Золото
Платина
Свинец
Вольфрам
Цинк
Известковая земля, известь
Магнезия, основа эпсомской соли**
"Тяжелая земля"
Глина, квасцовая земля,
основа квасцов
Кремнезем, остеклованная земля
^Царство минералов, царство растений и царство животных. Прим, перев.
♦•Английская соль, углекислый магний. Прим. перев.
70

них были известь, магнезия, баритовая, квасцовая и кре\щевая земли,
т.е. СаО, MgO, ВаО, AI2O3 и ЗЮг-Но и размеры, и принципы отбора
элементов у Лавуазье были еще нечеткими. Во-первых, в таблицу входили
световое и тепловое вещества, хотя еще Ломоносов показал, что тепло
основывается на движении мельчайших частичек материи. Во-вторых, в таблицу
были включены три неизвестных еще тогда элементов, названных
радикалами, - соляная, борная и плавиковая кислоты, иными словами, хлор,
бор и фтор.
Дальнейшим и возможно важнейшим шагом в реформе химии бьшо
составление Лавуазье новой номенклатуры — фактически первой
"таблицы элементов"; эту работу начинал еще Гюитон де Морво. В упомянутом
уже докладе Лавуазье говорил: "Как бы ни бьши правильны факты, как бы
ни бьши верны представления, которые мы получаем, мы все равно можем
сделать из них неверные вьшоды, если не используем точных выражений
для их воспроизведения". В решении этой задачи его поддержали коллеги
по Академии наук де Морво, Бертолле и де Фуркруа. Совместно они
создали систему обозначений, которая почти без изменений сохранилась в
неорганической химии до настоящего времени.
Наконец, Лавуазье решил изложить свои воззрения в виде учебника
химии, в предисловии к которому он обещал читателю "идти только от
известного к неизвестному, не далать вьшодов, которые не подтверждались
бы непосредственно опытом и наблюдениями, и связьшать химические
факты ... в такой форме, которая лучше всего облегчит понимание начина-
юиц1м". Эта книга не только сама вьщержала несколько издений и была
переведена на многие языки, но и послужила образцом для нескольких
других учебников. С нее и началось триумфальное шествие теории Лавуазье.
Новая химическая теория в относительно короткое время
распространилась по всему миру, хотя некоторые старые ученые, особенно Пристли,
до самой смерти оставались верными теории флогистона.
Рассказав о выдающемся ученом Лавуазье, коротко oirameM его жизнь.
Антуан Лоран Лавуазье родился в 1743 г. в семье преуспевающего
парижского адвоката, учился химии у Гийома Франсуа Руэля (1703—1770 гг.)
и еще в молодом возрасте построил на свои деньги химическую
лабораторию, в которой провел ряд интересных экспериментальных работ. Именно
эа эти работы Лавуазье в возрасте 25 лет бьш принят во французскую
Академию наук. Одновременно он развил и бурную промьшшенную
деятельность; сначала в качестве компаньона, а затем руководителя предприятия
по производству селитры, тесно связанного с пороховыми заводами.
Кроме того, он занимал пост генерального откупщика по косвенным налогам
(на табак, соль и тд.), что еще больше увеличивало его доходы. В 1771 г.
он женился на дочери другого генерального откупщика Мари-Анне-Пьерет-
те Поз, которая вскоре стала отличным помощником мужа в его
химических опытах. Дом Лавуазье стал центром научной и общественной жизни
Парижа. После Французской революции 51авуазье бьш приговорен к смерти
за свою антинародную деятельность и казнен 8 мая 1794 г.
Но зти сухие данные не позволяют составить портрет выдающейся и столь
противоречивой личности Лавуазье, жизнеописания которого с самых
различных позиций появляются и в наше время. Уже упоминавшийся историк
71

химии Шабадвари приводит высказывание одного из современников
великого химика по поводу его смерти: "Я не знаю, видел ли я тщательно
отрепетированную игру актера или смерть подлинно великого человека". Все
свои опыты Лавуазье проводил на собственные средства, причем опыты
отличались максимальной научной точностью. Лавуазье занимал множество
почетных (т.е. неоплачиваемых) должностей и проявлял большой интерес
к решению общественных проблем, о чем свидетельствуют его
исследования, например питьевой воды, уличного освещения и пр. В этом отношении
он шел намного впереди своего времени. В то же время он был
тщеславным, не слушавшим ничьих советов человеком. Ему неоднократно
приходилось оправдываться от обвинений в плагиате (в частности, со стороны
Пристли). Воздавая честь Лавуазье как вьвдающемуся ученому, не следует
забывать, что он бьш сьшом своего времени и своего общественного строя.
И все же он отличался не только широтой мышления и гениальностью, но и
огромной работоспособностью, благодаря которой внес большой вклад
в развитие науки.
РА ЗГАДАННЫЙ ХА ОС
(водороду кислород и азот)
из жизни ГАЗОВ По мнению неспециалиста, газы
кажутся самой трудноописуемой формой
материи, если не учитывать четвертого агрегатного состояния вещества —
плазмы. И все же с газами мы встречаемся на каждом шагу. Это воздух,
которым мы дышим, городской газ, горящий в наших газовых плитах,
множество запахов, которыми обильно снабжает нас химия, и многое
другое. Но чтобы исследовать все эти газы и сделать их полезными для
людей, требуется особый талант экспериментатора и специальная аппаратура,
похожая на ту, которую изображают в научно-фантастических романах.
Напротив, твердые и жидкие вещества — нечто повседневное для нас, и
поэтому напра1Ш1вается мысль, что они относятся к наиболее
исследованным веществам. В действительности же ни твердое, ни жидкое агрегатные
состояния (даже для ученых сегодняшнего дня) не стали наиболее
изученными состояниями материи. Газы обладают такими свойствами,
которых нет ни у твердых, ни у жидких тел. Энергия связи между
молекулами у газов (у инертных газов между атомами) настолько мала, что не
только взаимное расположение молекул и атомов, но и расстояния между
ними могут изменяться, любым образом. Это в значительной степени
облегчает изучение газообразного состояния материи, так как взаимное влияние
частиц газа одна на другую невелико.
Для количественного описания "условий жизни" газа достаточно четырех
величин: давления, о&ьема, числа частиц в единице объема и абсолютной
температуры. Эти величины связаны между собой простыми
закономерностями, которые в ясной и наглядной форме описывают физическое
поведение газа. И несмотря на это, мы вновь и вновь удивляемся, когда физики
рассказьшают нам об астрономически больших числах частиц в единице
о&ьема газа, о невообразимо малых или почти бесконечно больших значе-
72

ниях "длины свободного пробега", соответствующих определенным
давлениям. Посмотрим на эти цифры. Сейчас принято разделять область давлений
от атмосферного до вакуума на следующие области (все Щ1фры — мм
рт. ст.):
760-1
1-10-^
10-^-10-*
10-*-10-'
Менее 10-'
Низкий вакуум
Средний вакуум
Обычный глубокий вакуум.
Очень глубокий вакуум . . .
Сверхглубокий вакуум . . .
Атмосферному давлению 760 мм рт.ст. соответствует число частиц в
1 см^, равное 2,5-10^' (при 25 °С). Средняя длина свободного пробега
составляет около 10"^^ см, т.е. именно такой крохотный участок проходит
частица до встречи с другой частицей. Можно подумать, что при очень
глубоком вакууме молекул и атомов газа в единице объема окажется немного.
Но не тут-то было! При разрежении 10~* —10"'' мм рт.ст. в 1 см^ все еще
остается 10^** частиц, а средняя длина свободного пробега увеличивается
всего до 50—100 м. Теперь отправимся мысленно в межпланетное
пространство, где на 1 см^ объема приходится всего 3 частицы; здесь средняя длина
свободного пробега возрастает до 150 млн. км. Это практически
абсолютный вакуум, тот самый, которого, по мнению последователей Аристотеля,
природа не терпит. "Боязнь пустоты" была идеологической опорой в борьбе
со сторонниками атомной теории, предполагавшей сзоцествование пустоты.
После Аристотеля должно было пройти еще два тысячелетия, пока
не начались серьезные экспериментальные исследования газов. Первым на
зтом поприще стал итальянский физик и астроном Галилео Галилей
(1564—1642 гг.), установивший, что воздух имеет вес (массу). Его ученик
и последователь, придворный математик великого герцога Тосканского
Эвангелиста Торричелли в 1643 г. изобрел ртутный барометр, которым
можно бьшо измерять давление воздуха. Французский, ученый Блез
Паскаль (1623—1662 гг.) установил, что атмосферное давление соответствует
давлению столба воды высотой
около 10 м. Инженер бургомистр Газометр Гальса (1727 г,)
г. Магдебурга Отто фон Герике
(1602—1686 гг.) сконструировал
первый воздушный поршневой
насос и проводил эффективные
эксперименты "с вакуумом".
Современником всех этих
исследователей был бельгийский физик и
химик ван Гельмонт. Он также
экспериментировал с материей,
которую нельзя "ни хранить в
сосуде, ни превратить в видимую
форму". Для обозначения этого
"необузданного духа" он
предложил название '*газ" от
греческого слова "хаос". Гельмонт
первым выявил, что, кроме воз-
73

духа, сзоцествуют и другие воздухообразные вещества. Но исследовать их
ему не удалось, так как он не мог уловить газ в какой-либо сосуд. Это
смог сделать английский теолог и естествоиспытатель С.Гейлз (1677—
1761 гг.), который изобрел "пневматическую ванну". Он получил
множество разных газов, нагревая самые различные растительные, животные и
минеральные вещества. Но точно исследовать ни один из полученных им
газов Гейлз не смог, да и не считал нужным, ибо, по его мнению, все эти
газы были обычным атмосферным воздухом, загрязненным
посторонними веществами. Такого взгляда на природу газов придерживались и
другие исследователи в течение нескольких десятилетий после работ Гейлза.
Важный этап развития химии как науки наступил только после
открытия водорода, а также выявления физического состава воздуха и
химического состава воды. Эти открытия произошли во второй половине XVIII ве
ка и связаны с именами самых выдающихся естествоиспытателей того
времени: Михаила Васильевича Ломоносова (1711—1765 гг.), Генри Кавенди-
ша (1731-1810 гг.), Джозефа Пристли (1733-1804 гг.), Карла Вильгельма
Шееле (1742-1786 гг,) и Антуана Лорана Лавуазье (1743-1794 гг.).
Все эти исследователи жили во время, когда прогрессивные силы
поднялись на борьбу с абсолютистскими и феодальными режимами. В Англии,
на родине Кавендиша и Пристли, благодатную почву нашли идеи
французских просветителей,Влияние французской революции 1789 г. способствовало
развитию демократического движения в Англии и поддерживало
демократов в борьбе с дворянством и частью контрреволюционной буржуазии.
В Швеции, ставшей родиной Шееле, развивались первичные формы
капиталистической экономики на базе горного дела, металлургии и
судостроения. Во Франции, на родине Лавуазье, идеи французских просветителей
подготовили свержение феодально-клерикального порядка. Россия во
времена Ломоносова жила под влиянием петровских реформ, направленных
на развитие промышленности и торговли, а также на улучшение
образования. Благодаря этим реформам Россия выходила из вековой
экономической и культурной отсталости.
ВОДОРОД- Считается, что водород открыл Кавен-
ЧИСГЕЙШИЙ ФЛОГИСТОН диш. Хотя и другие исследователи
наблюдали этот газ до Кавендиша,_они
полагали, что имеют дело с воздухом. Так, Роберт Бойль в 1671 г.
получил водород при реакции железных игл с серной или соляной кислотами,
но не понял его природы.
Кавендиш, занимавшийся наукой частным образом и имевший весьма
разнообразные интересы, учился в Кембриджском университете в 1749—
1753 гг., где изучал математику и естественные науки, а затем
перебрался в Лондон. Здесь он занимался физикой, химией и астрономией.
Наиболее значительная его работа по физике посвящена гравитационной
постоянной Земли. Результаты исследований по этому вопросу Кавендиш
опубликовал в 1790 г. Его работы бьши существенным вкладом и в развитие
химии газов. Он очень основательно проводил эксперименты и igpaMH
собирал богатые материалы наблюдений. Только в 1766 г. Кавендиш решился
74

Аппаратура для анализа газов, разработанная
Торберном Бергманом (1735-1784 гг.). Этот
шведский ученый внес большой вклад в
аналитическую химию и его работы
способствовали выделению аналитической химии в
самостоятельную науку
«^^Т- ч. V
Генри Кавендиш
опубликовать часть результатов своих исследований. Работы по химии и
физике газов появились под названием "Эксперименты с искусственным
воздухом" в издаваемых Королевским обществом (Академией наук
Англии) "Философских трудах". Кавендиш писал, в частности, о "горючем
воздухе", который позже получил название "водород". Ученый увидел в
нем отличающийся от воздуха газ, получавшийся при воздействии кислот
на различные металлы. Сторонник теории флогистона Кавендиш бьш твердо
убежден, что "горючий воздух" и есть чистейший флогистон. Как мы з^же
говорили, по теории Шталя флогистон (водород) вьщеляется из металлов
под действием кислот, а горючесть этого газа указьшает на особо высокое
содержание в нем флогистона.
Всю свою жизнь Кавендиш оставался сторонником теории флогистона,
хотя и знал о работах Лавуазье по окислению веществ, причем зти работы
в значительной степени базировались на опытах самого Кавендиша.
ВОДОРОД РАЗНЫХ "СОРТОВ" Если начать рассказьшать о
применении водорода, то потребуется очень
много места. Горючие свойства этого газа используют в
кислородно-водородных горелках для создания высокой температуры. Городской газ,
используемый в бытовых целях, содержит в среднем более 50 % водорода.
Водород — самый легкий из всех газов,и его применяют для заполнения
воздушных шаров. Дирижабли тоже заполняли водородом, но сейчас его
заменили негорючим гелием. Большие количества водорода использует хи-
75

®
@
@^ I y^ мическая промышленность для синте-
^^^^^!|^ ^ \XL^/ за аммиака, множества процессов
гидрирования и т.д. В последние годы с
развитием космических исследований
появился новый крупный потребитель
водорода. Для ракет жидкий
водород — топливо номер один.
Но в баки ракет накачивают не
"обычный" водород, охлажденный до
—253°С, т.е. точки кипения. Сюда
®КАП///..-—^\^Н(7\ поступает "искусственный" водород,
Г "^^C"\"^vO^^/ V у выделенный в чистой форме
немецкими физико-химиками К. Бонхёф-
фером и П. Хартеком в 1929 г. Мы
называем зтот газ параводородом,
Обычный водород существует в
форме молекул Н2. Каждый из
атомов такой молекулы вращается
вокруг проходящей через его центр оси.
Атомы могут вращаться в одну или
разные стороны. В первом случае
перед нами так называемый ортоводо-
род, во втором — параводород. Обе
эти модификации водорода
находятся в равновесии между собой, причем
при переходе ортоводорода в
параводород выделяется тепло. В дро-
мышленно производимом
водороде содержится 25 % параводорода
и 75 % ортоводорода. При
охлаждении это равновесие сдвигается
в сторону увеличения
концентрации параводорода. Для ускорения установления равновесия
необходимы катализаторы (в частности, металлы высокой валентности, их окислы,
активированный уголь). Если обычный ожиженный водород поместить в
цистерну, то под влиянием ортоводорода, который тоже служит
катализатором, и стенок цистерны начнется переход водорода в параформу. При
этом будет вьщеляться тепло и часть водорода может испариться. После
100 ч хранения под действием тепла реакции превращения испаряется до
40 % первоначального количества водорода. Во избежание такой опасности
в ожижающей аппаратуре весь водород переводят в параформу.
Но физики и химики знают и другие "сорта" водорода. Обычный
водород — это смесь изотопов, содержащая 99,985 % JH и 0,015 % fH. Второй
изотоп назьгоается дейтерием (от греческого "то дейтерон" — второй);
он обозначается символом D. Кроме того, известны еще два, получаемые
только искусственным путем изотопа водорода. Это тритий, водород с
атомной массой 3, обозначаемый символом Т, и изотоп с атомной массой 4.
Последний был получен итальянскими физиками в 1962 г- Этот "сверхтя-
76
Три этапа образования гелия из
водорода. Такие реакции протекают в
недрах звезд при температурах,
достигающих нескольких миллионов градусов

желыи изотоп водорода радиоактивен; его период полураспа/^
составляет одну десятимиллиардную долю секунды. Из тяжелых изотопов водорода
дейтерий — самый важный. Он нашел широкое и многообразное
применение в науке и технике в элементарной форме, в виде "тяжелой воды" D2O
и в качестве меченых атомов в различных органических веществах. Так,
тяжелая вода служит для торможения быстрых нейтронов в атомных
реакторах. Эти нейтроны вьщеляются при расщеплении ядра урана, но сами они
расщеплять ядра не могут,и дальнейшая реакщ1Я расщепления прервалась
бы, если бы эти нейтроны не затормаживались тяжелой водой. После
торможения быстрые нейтроны становятся "тепловыми" (энергия менее 1 эВ)
и обеспечивают протекание цепной реакции.
Но водород играет важную роль не только на Земле. Он является
"сырьем" для получения энергии в звездах. Ясно, что источником
излучаемой звездами в процессе их существования энергии не может служить
только содержащееся в самой звезде тепло. Будь это так, наше Солнце
исчерпало бы свой запас энергии за каких-нибудь несколько миллионов
лет. Значит, в недрах звезд идут процессы, сопровождающиеся вьщелением
энергии. К таким процессам и относится реакция протон — протон, при
которой из атомов водорода получаются атомы гелия.
После этого краткого экскурса в актуальные области ракетостроения
и атомной техники, а также физики Солнца вернемся к элементам, из
которых состоит воздух. Они открыты примерно два столетия назад и
называются кислородом и азотом.
КИСЛОРОД- Как и у водорода, у кислорода было
ДЕФЛОГИСТИРОВАННЫЙ ВОЗДУХ несколько "первооткрывателей", но
большинство исследователей не сумели
раскрыть химическую природу этого элемента. Собственно кислород
открыл Карл Вильгельм Шееле, хотя одновременно с ним следует назвать
имя Джозефа Пристли.
Шееле родился в 1742 г. в старинном ганзейском городе Штральзунде,
принадлежавшем в то время Швеции. С 15 лет Шееле начал работать
учеником в гетеборгской аптеке, но изучал он там не только тайны аптекарской
профессии. В свободное время, которое часто Начиналось поздно вечером,
он усердно изучал и многочисленные труды по фармацевтике, и работы
Шталя по химии. Тогда-то Шееле и приобрел очень большие по тем
временам химические знания. После восьмилетнего пребывания в Гетеборге он
оставил этот город и переехал в Мальме, тогдашнюю столицу Южной
Швеции- Здесь он работал у аптекаря П.М.Кьельстрома, который сумел
заметить огромный талант Шееле и способствовал его развитию. Заметки Шееле,
относящиеся к этому времени, говорят, в частности, что он наблюдал
выделение водорода при воздействии органических кислот на железо и при
ржавлении этого металла под водой.
В Мальме Шееле прожил почти три года. Затем перебрался в Стокгольм,
где рассчитывал получить поддержку в своих научных занятиях. Здесь он
также работал в аптеке, но там ему приходилось заниматься почти
исключительно приготовлением лекарств. Свои опыты он мог проводить лишь в
77

Карл Вильгельм Шееле
очень ограниченном объеме в оконной
нише- И летом 1770 г- Шееле покинул
Стокгольм, став лаборантом в аптеке
ХЛ. Локка в Упсале, северо-западнее
шведской столицы. Шееле был очень
благодарен Локку, так как этот
аптекарь делал все, чтобы молодой
сотрудник мог заниматься наукой. До лета
1775 г. Шееле оставался в Упсале, а
затем переселился в небольшой
городок Кёпинг, где начал работать
провизором в аптеке. Однако уже через
год он стал владельцем аптеки.
Наконец-то он достиг этой экономической
и научной самостоятельности, к
которой так стремился. Годы,
проведенные в Кепинге, были для Шееле
временем расцвета его таланта.
Основы большого научного признания Шееле были заложены во время
его работы в Упсале. Имя Шееле неразрьгоно связано с открытием
элементов кислорода, хлора, бария, марганца, молибдена и вольфрама. Кроме
того, Шееле выполнил множество работ по органической химии и внес
большой вклад в химию плавикового шпата, плавиковой кислоты,
фосфора, мьпньяка и многих других веществ. Но здесь мы отмечаем только
открытие кислорода. \
Опыты с кислородом Шееле
проводил до июня 1771 г. В июне ему
удалось наблюдать выделение "витриоль-
ного воздуха" при нагреве
пиролюзита с концентрированной серной
кислотой :
МпОз + H2SO4 = MnS04 + Н,0 + 1/202
Джозеф Пристли
Получающийся "витриольный
воздух", названный позже "огненным
воздухом", Шееле наблюдал также при
разложении окиси ртути HgO и
карбоната серебра АвгСОз. Результаты своих
обширных исследований газов Шееле
включил в "Химический трактат о
воздухе и огне", подготовленный им в
1775 г. Это самое важное сочинение
великого химика. Но издание этого
труда задержалось по вине издателя,
и книга появилась только летом
1777 г., когда Джозеф Пристли уже
издал свою работу по этому вопросу.
78

Джозеф Пристли вначале изучал богословие и даже стал пропозедником.
Но его страстный и критически настроенный ум вскоре привел к
конфликту с церковной верхушкой, в 1761 г. он был лишен сана. Шесть лет после
этого он преподавал в Уоррингтонском университете языки. В 1767 г.
он вновь стал проповедником, а с 1773 по 1780 г. работал секретарем,
библиотекарем и домашним учителем у лорда Шелберна. С 1781 г. он опять
проповедник. Как и все другие прогрессивные люди Англии, Пристли
приветствовал французскую буржуазную революцию 1789 г. Это навлекло на
него гнев известных слоев английской реакционной буржуазии, испуганной
якобинс1сим террором. В 1794 г. Пристли эмигрировал в Северную Амери-
ьсу, где и скончался в 1804 г. Какой же переменчивой была судьба этого
большого ученого!
Хотя труды по химии занимают лишь незначительное место в работах
Пристли, их значение для развития химии очень велико. Он занимался
в основном газами и сделал множество открытий благодаря "простому"
усовершенствованию пневматической ванны (газометра) — Пристли
заменил воду ртутью. Это позволило выйти на след газов, которые
растворялись в воде или реагировали с нею — аммиака, хлористого водорода, окиси
азота, двуокиси серы и четыреххлористого кремния. Но главным
открытием Пристли, несомненно, остается открытие кислорода, сделанное им
независимо от Шееле. Решающий опыт Пристли состоялся 1 августа 1774 г.,
когда он с помощью зажигательного стекла вьщелил "воздух" из
кальцинированной ртути (окиси ртути HgO) : HgO = Hg + I/2O2.
В октябре 1774 г. Пристли был в Париже и получил возможность
рассказать о своих опытах Лавуазье. К этому времени Лавуазье уже знал о
разложении окиси ртути с получением ртути, что видно из его записи от
22 июля 1773 г. в лабораторном журнале. В марте 1774 г. Лавуазье
занимался термическим разложением кальцинированного железа и, вероятно,
получил при этом кислород по реакции ЗРсгОз = 2Рез04 + I/2O2, но не
понял его химической природы.
Решающие исследования, которые позволили понять, что кислород при
кальцинахщи металлов приводит к увеличению массы, были проведены
Лавуазье в феврале 1775 г. В своем докладе в Академии наук французский
химик сообщил "о природе принципа (т.е. элемента), который соединяется
с металлами при их кальцинащш и увеличивает их массу".
При этом Лавуазье не зоюмянул имен ученых, внесших значительный
вклад в открытие кислорода. Но это ничего не меняет — главное в том, что
Лавуазье сумел нанести теории флогистона смертельный удар. Если Шееле,
Пристли и Кавендиш были приверженцами учения Шталя и оставались ими
до конца своих дней, то Лавуазье сумел разрушить это ложное учение. Его
теория горения, т.е. окисления веществ, начала свое триумфальное шествие
лишь тогда, когда Лавуазье получил воду при сжигании водорода и вновь
разложил ее на кислород и водород.
Хотя в прежние годы объяснение увеличейия массы при кальцинации
металлов почти всегда связывали с имением Лавуазье, следует отметить,
что гораздо раньше его правильные представления о процессе горения
разработал Ломоносов. Свои взгляды он изложил в письме к швейцарскому
математику Леонарду Эйлеру (1707-1783 гг.) в 1748 Г.Ломоносов писал:
79

' Нет сомнения, что частицы воздуха, непрерывно протекающие над
кальцинируемым веществом, смешиваются с ним и увеличивают его вес''. И в
более поздние годы, когда кислород еще не был открыт, Ломоносов
неоднократно указывал, что при кальцинации получается сложное вещество.
Итак, подведем итоги. Первым кислород получил Шееле в июне 1771 г.
при взаимодействии пиролюзита с серной кислотой. Немецкий химик
Байен в 1774—1775 гг. получал кислород из окиси ртути. В августе 1774 г.
из той же окиси ртути начал получать кислород Джозеф Пристли.
Примерно тогда же получил кислород и Лавуазье, сначала из гематита. На
протяжении всего этого периода Шееле продолжал исследования кислорода и в
ноябре 1775 г. ему также удалось получить кислород из окиси ртути.
Таким образом, мы видим, что результаты, достигнутые в этом вопросе
разными исследователями, по сути дела слились в одно открытие. И совсем
неважно, правильной была предложенная теория или нет. Важно то, что
стало возможным рассматривать множество процессов с единой точки зрения
и появился импульс к точному исследованию путем дальнейших
наблюдений.
АЗОТ- Как и у кислорода, у азота несколько
"УДУШЛИВЫЙ ВОЗДУХ" первооткрывателей. Ломоносов еще в
1756 г. наблюдал воздух, остававшийся
при прокаливании металла в закрытом сосуде. В 1772 г. азот открыл Ка-
Контактная печь для производства
аммиака. Сырьем служат воздух,
вода и уголь или нефть, которую сейчас
заменяют природным газом. Реакция
протекаете три этапа:
1. Производство синтез-газа в
присутствии катализатора:
С^^^^лН^О^ иСО+ {п + т12)Н^,
С^Н^+2Н,0-и С02+(2л+т/2)Н,
2. Каталитическая очистка синтез-
газа (конвертирование): СО + Н^О^
Затем углекислый газ отмывают под
давлением, а водород поступает в
печь на реакцию синтеза:
Nj + 3Hj ^ 2МНз-
Реакция идет при 50(Рс и давлении
250 ат в присутствии катализатора
80

вендиш, который пропускал воздух над раскаленным углем и по)р10щал
получающийся углекислый газ едким кали. Образовался остаточный газ с
меньшей плотностью, чем плотность воздуха. Кавендиш назвал его "удуш-
ливым воздухом". Он сообщил об этом открытии в письме к Пристли, но
не позаботился об опубликовании результатов. И в том же году, когда
Кавендиш сделал свое открытие, шотландец Даниэель Резерфорд. (1749—
1819 гг.) в докторской диссертации по медицине (она датирована 12
сентября 1772 г.) сообщил об открытии "ядовитого воздуха". Он получил зтот
газ при зкспериментах с мьппами. По нескольку дней он вьщерживал этих
животных под стеклянным колпаком, затем обрабатывал газ из-под
колпака едким кали (КОН); при этом углекислота поглощалась щелочью, а
оставался азот. Позже Резерфорд стал профессором ботаники в
Эдинбургском университете, но продолжал заниматься физическими и химическими
исследованиями.
Первооткрьшателем азота по праву считается Резерфорд, а не Кавендиш,
ибо Резерфорд раньше опубликовал результаты своих опытов. Правда, и
Шееле, и Пристли в своих исследованиях неизбежно сталкивались с
азотом. Шееле назьшал его "дурным воздухом", а Пристли — "флогисти-
рованным воздухом". В 1787 г. Лавуазье предложил назвать зтот газ
азотом (по-гречески — "не поддерживающим жизни"). Под этим названием
газ известен в большинстве стран. Лишь на немецком языке он
называется "удушливым веществом" (штикштоф).
ДЛЯ ЖИЗНИ НУЖНЫ ОБА Кислород необходим ДЛЯ поддержания
жизненных процессов. Вокруг нас он
имеется в огромных количествах. Только в атмосфере Земли его
содержится 2-10*^ т. Хотя зто количество и трудно представить себе, следует
сказать, что в земной коре на глубине до 17 км количество связанного в
соединении кислорода в 100 раз больше. Кислород служит окислителем при
получении серной и азотной кислот, широко используется в черной
металлургии, в основном при вьшлавке стали. Смесь кислорода с водородом
или ацетиленом применяется для газовой сварки и резки. Температура при
горении достигает 3000 ^С, поэтому в газовом пламени можно плавить
даже кварц и многие тугоплавкие металлы и сплавы. Жидкий кислород
(температура кипения при нормальной давлении равна —182,97 °С)
используют в космических ракетах для окисления топлива.
Доля кислорода в земной коре составляет 466 тыс. г/т,и по
распространенности он занимает первое место среди всех химических элементов.
Азот же по распространенности стоит на 28-м месте (содержание его в
земной коре 46 г/т). Азот применяется в качестве химически инертного газа в
лампах накаливания и "защитного" газа при реакциях и процессах,
которые должны протекать без доступа кислорода. Большое значение имеет он
и как сырье для производства удобрений. Азот входит в состав
растительных и животных белков и, естественно, необходим для питания растений,
так как они не могут поглощать азот непосредственно из атмосферы, хотя
количество его там и огромно (4-10*^ т). Исключение составляют
некоторые почвенные бактерии, встречающиеся в виде клубеньков на корнях
бобовых растений, например люпина: они поглощают азот из воздуха.
6 Библиотечная книга 8J

в почву азот вносят в виде аммиака, удобрений на основе селитры
или азота, связанного в органические соединения. Существуют также
комбинированные аммиачно<елитряные удобрения.
Кроме того, свою долю в выравнивание баланса азота почвы в
известной степени вносят образующиеся при электрических разрядах в атмосфере
соединения азота с кислородом. Под действием грозовых разрядов
образуется окись азота:
N2 + Оз = 2N0.
Затем она окисляется кислородом воздуха в двуокись азота:
2N0 + 02 = 2N02,
а после этого под действием того же кислорода воздуха превращается
в азотную кислоту (если идет дождь):
2N02 + 1/202 +Н20= 2HNO3.
Эта азотная кислота попадает на почву и образует важные для питания
растений нитраты.
Атмосферный азот люди используют и для других целей. Одним из
важнейших его применений стало производство синтетического аммиака.
Для производства его в контактных печах используют воздух, воду и уголь
(в последнее время все в большей степени вместо угля применяют нефть
или природный газ).
МЕТАЛЛЫ, КОТОРЫЕ ОТКРЫЛ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
ЛЕВЫЙ ФЛАНГ ^®^ сомнения, одним из самых
ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ выдающихся химиков XIX столетия
бьш англичанин Гемфри Дэви (1778—
1829 гг.). Ему принадлежат вьщаюпщеся работы во многих областях
химии и вообще естествознания. Наиболее знаменитые его труды посвящены
"химическому действию электричества". Дэви начал свои исследования в
этой области в августе 1800 г., вскоре после итальянца Алессандро Вольта
(1745—1827 гг.), который изобрел так называемый вольтов столб,
служивший тогда основным источником электрической энергии.
Дэви начал свои электрохимические опыты, будучи сотрудником так
называемого Пневматического института в Бристоле. Целью института
бьша проверка медицинского действия газов, которые были открыты в
то время. Тогда Дэви в своих опытах обнаружил анестезирующее действие
закиси азота N2 О, называемой также "веселящим газом". Однако намного
важнее были опыты Дэви с вольтовым столбом. Правда, ему вскоре
пришлось прервать эту работу — молодого ученого пригласили в Лондон, в
Королевский институт. Здесь в апреле 1801 г. он начал читать лекции о
гальванических явлениях, а 1 июня того же года он был утвержден в должности
ординарного профессора химии. Но это почетное звание ни в коем случае
не означало, что Дэви мог продолжать свои электрохимические опыты. Ру-
82

ководство института предписывало
профессорам, над какими направлениями
науки им надлежит работать. И Дэви
в первые годы своей работы в
институте послушно занимался, в частности,
вопросами дубления кожи и
сельскохозяйственной химии. Но каждую
свободную минуту он посвящал
электрохимическим опытам. Их результаты он
соо бщил Королев скому обществ у
20 ноября 1806 г. в до£сладе под
названием "О некоторых химических
действиях злектрического тока". В начале
1807 г. зтот доклад был опубликован
в "Трудах Королевского общества".
Дэви сообщал, в частности, о своих
попытках разложить с помощью
электричества (гальванического тока)
воду, а также водные растворы со-
Гемфри Дэви лей различных щелочных
металлов, железа, цинка и олова. При электролизе воды он сначала всегда
получал наряду с водородом и кислородом "щелочи" и "кислоты". После
многих безуспешных опытов он установил, что причиной их появления
являются загрязнения воды и грязь в стеклянном сосуде. Но и при
использовании металлических сосудов. (Дэви применял даже золотые сосуды)
обнаруживались "чуждые вещества" — аммиак и азотная кислота. Ученый
сумел найти объяснение и этому явлению. Оба эти вещества образзоотся
при электролизе из растворенного в воде воздуха. Лишь при полном
исключении любых загрязнений воды при ее электролизе будут получаться только
водород и кислород. К таким же выводам пришли еще в 1802 г. Йене Якоб
Берцелиус (1779-1848 гг.) и Вильгельм фон Хизингер (1766-1852гг.)
.Однако опубликованные ими в 1803 г. результаты исследований не были
замечены учеными. Напротив, опубликованный Дэви доклад в "Трудах
Королевского общества" бьш с большим интересом встречен в научных кругах.
Французская Академкя Hajoc наградила Дэви медалью, которую Наполеон
Бонапарт учредил за лучшее открытие года в области гальванизма.
После опубликования этого труда Дэви несколько месяцев занимался
другими вопросами, но осенью 1807 г. возобновил гальванические опыты.
Его задачей бьшо разложение щелочей на составляющие. Ученый считал,
что щелочь — не элемент, а окисел металла. Первые опыты он проводил с
высококонцентрированными растворами щелочей. Но при воздействии
тока он постоянно получал те же кислород и водород. А в чистом виде
щелочи не проводят тока, и тогда Дэви решил их "перехитрить^' . Он взял
маленький кусочек едкого кали и вьщержал его во влажной атмосфере,
отчего щелочь приобрела поверхностную электропроводимость. Затем химик
уложил этот кусочек на изолированный ш1атиновый диск, соединенный с
отрицательным полюсом батареи из 250 электрических Ш1астинчатых пар.
Затем Дэви коснулся кусочка ш1атиновой проволокой, присоединенной к
6* 83

положительному полюсу батареи. Что из этого получилось, рассказывает
сам Дэви:
"Едкий кали начал плавиться в обеих точках, в которых был
электризован. На верхнем конце было интенсивное бурление, а на нижнем
(отрицательном) конце упрзтий расплав не отделялся; однако я открыл маленькие
шарики с ярким металлическим блеском, имеющие очень большое
сходство со ртутью. Некоторые из них мгновенно сгорали в момент
образования со взрывом и появлением пламени; другие оставались, но тускнели и
в конце покрывались белой корочкой. Вскоре я убедился, что эти шарики
и представляют собой материю, которзоо я искал — горючие тела особого
рода, являющиеся основой едкого кали".
Поскольку новый элемент содержался в поташе, Дэви назвал его "по-
тассием". Это название калия и сегодня применяется в английской и
французской литературе.
Несколько позже Дэви удалось таким же образом электрически
разложить карбонат натрия или патрон, как его тогда называли. Правда, для
выделения металла ему пришлось или увеличивать силу тока батареи или
брать кусочки карбоната меньшего размера и толщины. Открытый им
элемент Дэви назвал "содием" (от слова "сода")"» это название и доньше
сохранилось в английской и фрашо^зской литературе. Название "натрий"
бьшо дано новому элементу Берцелиусом.
Свойства выделенных металлов Дэви исследовал в кратчайшие сроки.
Уже через четыре недели, 19 ноября 1807 г., он прочел в Королевском
обществе лекцию о результатах своих исследований. В начале следующего
года эта лекция была опубликована в "Трудах Королевского общества".
Новость об открытии двух щелочных металлов молниеносно
распространилась среди химиков. Опыты Дэви были повторены в лабораториях
jspyn/ix стран, были найдены новые способы получения этих металлов.
Так, И.Берцелиус и М.Понтин (1781—1858 гг.) пытались получить
щелочные металлы электролизом. Но имевшаяся у них гальваническая батарея
бьша слишком слабой. Все же им удалось использовать ртутный катод и
выделить на нем калий в виде амальгамы. Таким же способом эти
исследователи электрически разложили смеси увлажненной негашеной извести
Схема получения кальция (опыт (СаО) и барита (ВаО) со ртутью. При
этом металлы, находившиеся в виде
окислов, вьщелились в виде своих
амальгам. Отделять ртуть эти ученые
не стали.
После своего доклада Дэви много
недель болел, а затем тоже занялся
разложением "щелочных земель".
Сначала он подводил ток к
увлажненному окислу. Хотя некоторе
незначительное разложение и наблюдалось,
образующиеся металлы сразу вступали в
реакцию с железным катодом.
Попытки использовать калий в
качестве восстановителя тоже не дали
получения кальция
Дэви):
1 - платиновая проволочка; 2 -
ртутный шарик (катод); 3 -
платиновая пластинка (анод); 4 - смесь
окиси ртути и извести
\^4's^ilS^t^^^'^.i^^^^&^M
t
84

результата. В мае 1808 г. Дэви получил письмо от Берцелиуса, в котором
он описывал проведенные им вместе с Понтином опыты. Тогда Дэви
использовал ртутный катод и очень быстро получил довольно большое
количество содержащегося в гашеной извести металла в виде амальгамы. После
отгонки ртути у Дэви остался серебристо-белый металл, который он назвал
кальцием. Таким же пзггем он получил металлы и из цругкк "щелочных
земель"; они были названы магнием, строшшем и барием.
Вообще говоря, история открытия всех этих элементов началась гораздо
раньше. Бще древние греки Аристотель и Диоскорид описывали вещество
"нитрон", а древнеримский ученый и писатель Плиний Старший
пользовался словом "нитрум". Оба эти термина относились к соде (карбонату натрия
ЫагСОз), а иногда к поташу (^сарбонату калия К2СО3), так как в то вре
мя эти вещества еще не различали. Даже в Библии упоминается сода,
названная "нетер". От слова "нитрум" арабские алхимики произвели слово
"патрон". Обозначение "алкали" (щелочь) впервые появилось в работах,
приписываемых алхимику,Геберу (Х1П век). В 1702 г. Шталь высказал
предположение, что "патрон" и "кали" (последний тогда обычно получали
в виде карбоната из древесной золы) представляют собой два различных
соединения. Но экспериментально это подтвердилось только в 1736 г.
опытами француза Дюамеля деМонсо (1700—1782 гг.). В 1758 г. немецкий
физик Маргграф (1709—1782 гг.) различал эти соединения по тому, в
какой цвет они окрашивают пламя.
Соединения магния, кальция, стронция и бария были частично известны
задолго до Дэви. Бще в конце ХУП века сульфат магния под названием
"горькая соль" применяли как лекарство. Окись магния ("горькая
земля") бьша известна с начала XVIII века. Гашеную известь, получающуюся
при обжиге известняка или мрамора, и гипс (сульфат кальция CaS04 •2Н2О)
еще в древности применяли при строительстве. А в конце XVIII века
немецкий химик и аптекарь Мартин Клапрот (1743—1817 гг.) показал, что
незадолго до того найденный близ шотландского селения Стронциан
минерал стронцианит имеет в своей основе новую "землю", т.е. окисел металла.
Действительно, стронцианит представлял собой карбонат стронция SrCOa- И
наконец, известный нам Шееле в 1774 г. открьш окись бария в тяжелом
шпате (барите).
Выделение металлических натрия, калия, магния, кальция, стронция и
бария бьшо с современной точки зрения открытием "левого фланга"
периодической системы элементов. Через несколько лет химики вышли на след
лития. В 1828 г. бьш получен металлический бериллий, а в 1860—1861 гг.
бьши обнаружены рубидий и цезий. Этим закончилось первичное открытие
щелочных и щелочноземельных металлов. Окончательно этот край
периодической системы бьш "укомплектован" лишь после открытия радия в
1898 г. и франция в 1939 г.

HE ХВАТИЛО В 1817 Г. Берцелиус поручил своему
ЧЕТЫРЕХ ПРОЦЕНТОВ ученику Юхану Августу Арфведсону
(ЛИТИЙ) (1792-1841 гг.) сделать
количественный анализ нового минерала петалита,
который, как мы знаем теперь, представляет собой литийсодержащий
алюмосиликат Li20-Al203"8Si02=LiAlSi40jo- Арфведсон был известным
аналитиком. К этому времени он выполнил обширное исследование окислов
марганца. Ему было ясно, что в петалите содержатся алюминий и кремний.
В соответствии с этим он и проводил анализ. Он сплавил петалит с
карбонатом калия, удалил кремнезем (двуокись кремш1я) вместе с дымом при
обработке кислотой, после чего в фильтрате осталась только гидроокись
алюминия. После взвешивания кремнезема и полученного прокаливанием
гидроокиси алюминия глинозема, к удивлению Арфведсона, получалась
существенная (около 4 %) разница между массой исходного минерала и
выделенных из него веществ. Тогда он повторил анализ, используя для
первоначального сплавления карбонат бария. После отделения кремнезема и
глинозема Арфведсон осадил барий серной кислотой и исследовал полученный
фильтрат. Там он обнаружил легко растворимый сульфат, который сначала
принял за сульфат натрия, но потом убедился, что это не так. Тут Берцелиус
и Арфведсон пришли к предположению, что ими открыт в петалите новый
элемент. Хотя в этом открытии, естественно, участвовал и Берцелиус, он
тем не менее предложил Арфведсону опубликовать статью об открытии
только под именем Арфведсона. Такое истинно альтруистическое поведение
Берцелиуса по отношению к своему ученику отнюдь не бьшо
исключительным случаем в жизни замечательного шведского ученого. Точно так же он
вел себя и через 13 лет, когда вместе со своим учеником Сефстрёмом
открыл ванадий. Берцелиусу и в голову никогда не приходило выдвигать
себя на передний план, а тем более присваивать себе чужие заслуги.
Новый элемент был назван литоном. Арфведсон писал об этом: "Я
нашел новую, огнеупорную щелочь неизвестной доныне природы. Г-н
профессор Берцелиус предложил для нее название литой, так как эта щелочь
в отличие от соды и поташа принадлежит в первую очередь к миру камней
(по-гречески "литое" означает камень) ".
Попытки Арфведдона выделить из гидроокиси металлический литий
(так позже стали называть литой) не увенчались успехом — слишком мала
бьша мощность гальванической батареи в шведской лаборатории. Дэви,
имевший более мощную батарею, добился некоторого успеха. При
разложении расплавленного карбоната лития он получал крошечные кусочки
нового металла, но через несколько секунд металл снова превращался
в щелочь. Только в 1855 г. Роберт Вильгельм Бунзен (1811-1899 гг.) со
своим учеником Августом Матиссеном (1831—1871 гг.) получили
металлический литий электролизом расплавленного хлористого лития в таких
количествах, которые позволяли обстоятельно исследовать свойства этого
металла.

РАЗЛИЧИЯ и сходство Перед тем как в одном из последующих
разделов обратиться к еще одному
металлу из группы щелочноземельных — бериллию, остановимся вкратце на
свойствах, техническом получении и применении уже рассмотренных
щелочных и щелочноземельных металлов.
Щелочноземельными металлами мы называем (наряду с бериллием)
магний, кальций, стронций, барий и радий, хотя "строгая" химическая
номенклатура относит к этой группе лишь четыре металла — от кальция до радия.
Все эти металлы химически неблагородны, т.е. обладают повышенной
способностью вступать в реакции, поэтому не существуют в природе в
элементарном состоянии. Натрий, калий, магний и кальций по
распространенности в земной коре входят в перв)ао десятку элементов. Да и литий, доля
которого в земной коре составляет 65 г/т, распространен гораздо больше,
чем азот (46 г/т), олово (40 г/т), свинец (16 г/т),ртуть (0,5 г/т) и золото
(0,005 г/т).
Щелочные металлы, кроме цезия, обладают серебристо-белым
металлическим блеском; цезий же в чистом состоянии имеет золотисто-желтый
цвет. Во влажном воздухе эти металлы сразу покрываются коркой
гидроокиси, поэтому их хранят в керосине. Налет гидроокиси появляется на
воздухе и у щелочноземельных металлов в местах свежих разрезов или
изломов.
Литий, натрий, кальций и стронций в чистом виде получают практически
только путем электролиза расплавов. Выделить их из водных растворов
невозможно вследствие сильного электроотрицательного характера этих
металлов. Они сразу же вступают
в реакцию с водой. Чистый литий ^«^^/св Дву«в для производства натрия эаскт.
^ ролизом из расплавленного хлорида:
получают электролизом расплав- 1 -^ колокол из железного листа; 2 - расплав
ленной смеси 85—90 % бромида NaCluCaCl^; 3 - жидкий натрий; 4-ноль-
лития и 15-10 % хлорида лития '^^^^^ f^^^ "^ *^^«' ^ -проволочная
с^г^о^ гт, ^^^^ (диафрагма); б - анод из графита;
при температуре 520"С. Техничес- 7-хлор
кий натрий получают
электролизом расплавленного хлористого
натрия. Точка плавления
хлористого натрия высока (801°С), и ее
снижают примерно до бОО^С
добавкой хлористого кальция.
Электролитически выделить
калий из его гидроокиси или
хлорида очень трудно. Поэтому для
получения калия применяют
термический способ, причем чаще всего
в промьшшенности используют
реакцию фтористого калия с
карбидом кальция:
2KF + СаС, = 2К + CaF, + 2С.
87

Эта реакция протекает при 1000—ИОО^С; выделяющиеся пары калия
конденсируют^и полученный металл помещают в керосин.
Магний получают электролизом расплавленного хлорида магния или
электротермическим способом (реакщ1ей окиси магния с з^глем при
2000°С). Кальций и стронций проще всего получать электролизом их
хлоридов в расплавленном состоянии, а барий предпочтительно полз^чать так
называемым алюминотермическим способом из окиси бария при 1200^С:
ЗВаО + 2А1 = ЗВа + Alj Од.
Цели и масштабы применения рассмотренных в этом разделе металлов
очень разнообразны. Если не считать, что барий и стронций применяются
для создания глубокого вакуума в качестве геттеров (газопоглотителей),
то значение этих металлов в современной технике сравнительно невелико.
То же практически относится и к калию. Он имеет высокую реакционную
способность, поэтому с ним трудно работать; обычно его заменяют более
дешевым и безопасным в обращении натрием. Металлический натрий
применяется весьма широко. Во-первых, он служит сырьем для получения
технически важных соединений: амида натрия ЫаМНг, хшанида натрия NaCN и
перекиси натрия ЫагОг- Во-вторых, его используют в качестве
катализатора в реакциях полимеризации и конденсации, для заполнения натриевых
ламп и для производства натрийцинковых сплавов. Эти сплавы служат для
получения тетраэтилсвинца (ТЭС), добавляемого в топливо для двигателей
внутреннего сгорания, чтобы уменьшить детонацию и повысить октановое
число топлива. Жидкий натрий можно применять в качестве охладителя
для ядерных реакторов. В противораковой медицине используется изотоп
натрия с атомной массой 24, полученный нейтронной бомбардировкой
обычного натрия.
Магний применяется главным образом в сплавах с алюминием,
марганцем, цинком, церием и цирконием. Вследствие небольшой плотности и
высокой коррозионной стойкости магниевые сплавы широко используют в
двигателях, судо-, авиа- и машиностроении. В органической химии магний
находит применение при некоторых процессах синтеза; магниевый
порошок в смеси с окислителем иногда применяют и сейчас для освещения в
фотографическом деле.
Литий, причисленный к "редким металлам", играет большую роль в
современной технике. Он служит для раскисления меди и ее сплавов.
Добавка лития в магниевые сплавы (до 10 % по массе) повышает их
коррозионную стойкость. Литийсодержащие алюминиевы сплавы отличаются очень
хорошими механическими свойствами и применяются поэтому, в
частности, в самолетостроении. Велико значение лития в ядерной технике. Литий -
"смешанный" элемент, на 92,5 % он состоит из изотопа jLi, а на 7,5 % из
изотопа |Li. Легкий изотоп служит для получения трития 'Н. Тритий в
известной степени можно считать главным "действующим лицом" в
водородной бомбе. В технически "неудовлетворительном" варианте такой
бомбы запал, представляющий собой плутониевую бомбу, вызывает взрыв
тритиево-дейтериевой смеси. При взрыве происходит слияние ядер и
выделяются огромные количества энергии:
88

iH + ?H-^^He + n + e.
В бомбах такого типа дейтерий и тритий находятся в жидком состоянии.
Поэтому "мокрую" водородную бомбу необходимо держать в глубоком
холоде. "Сухая" же бомба заполнена твердым дейтеридом лития *Li^H,
который и является взрывчатым веществом. Такие бомбы легче изготовлять
и можно хранить сколь зо'одно долго. При взрыве дейтерида лития с
помощью плутониевой бомбы протекают следующие реакщш:
iU + ?H-^2lHe, (1)
fU + n-v^He + ^H, (2)
tU+3iH-^2^He + n. (3)
В этом случае тритий образуется при взрыве по реакщш (2). Требуемые
для протекания реакции нейтроны получаются при расщеплении атомов
плутония. Полученный тритий реагирует с литием-6 с образованием гелия.
При слиянии ядер вьзделяется значительно больше энергии, чем при
расщеплении атомов. Это ставит перед исследователями сложную и очень
ответственную задачу. Если бы удалось в течение длительного времени
управлять процессами, пpoиcxoдящи^ffi при слиянии ядер, то перед
человечеством открылись бы громадные резервы энергии. Однако достичь этой цели
пока очень трудно. Требуются большие усилия ученых и инженеров, чтобы
эта возможность производства энергии стала явью. И никогда не следует
забывать, что к этому источнику энергии нельзя допускать бездумных
деятелей, способных уничтожить весь мир в пламени ядерного'взрьша.
У ИСТОКОВ СОЛЕЙ
(галогены)
о "КИСЛЫХ" ОКИСЛАХ "Соли есть гетерополярные соединения,
образующие кристаллическую решетку
из катионов (положительно заряженных ионов металла, металлоида или
комплекса) и анионов (отрицательно заряженных ионов неметалла,
металлоида или комплекса) ".
"Нейтральные или нормальные соли получаются при реакциях между
кислотой с эквивалентным количеством основания, т.е. при полной
нейтрализации".
Таковы прозаические определения группы веществ, взятые нами из
современного химического словаря. Но тут следует снова напомнить, что
все, представляющееся нам сегодня само собой разумеющимся, далеко не
всегда бьшо таким ясным. Еще в начале XIX века в химии царила теория
Лавуазье, согласно которой все кислоты и основания содержали кислород.
89

Вода, выделяющаяся при соединении кислот и оснований, согласно учению
великого француза, была сначала связана в "кислом окисле" и вытеснена
из этого соединения "основным окислом". Такие взглядь! применяли и к
"солянокислому газу" (теперь мы называем его хлористым водородом
НС1), который считали соединением "кислого окисла" еще не выделенного
элемента с водой.
Именно выяснение взаимосвязей между "солянокислым газом" и
входящим в него элементом значительно способствовало пониманию свойств
группы веществ, известных под названием галогенов. Само название
"галоген" (солеобразователь) было предложено издателем "Журнала химии и
физики" Иоганном Швайггером (1779—1857 гг.). Это название вначале
относилось только к хлору, обладавшему большой способностью к
образованию солей, а затем распространилось на всю группу элементов, куда
входят фтор, хлор, бром, йод и астат.
Хлор первым из элементов этой грзошы стал известен химикам.
ОБ "ОКИСИ МУРИЯ" 12 июля 1810 г. английский химик
И "ДЕФЛОГИСТИРОВЛННОЙ Гемфри Дэви сделал в Королевском об-
СОЛЯНОЙ КИСЛОТЕ** ществе в Лондоне доклад под длинным
названием "Об окисленном
солянокислом газе, его природе и соединениях, а также об элементах соляной кислоты
с приложением некоторых опытов с серой и фосфором, проведенных в
лаборатории Королевского института". Дэви, несколько лет назад
закончивший опыты по выделению ряда щелочных и щелочноземельных металлов,
сообщал в этом докладе об опытах по выявлению элемента,
скрывающегося в соляной кислоте. Но этот элемент бьш открыт примерно за 40 лет до
доклада Дэви.
Еще в 1769 г. 1Сарл Вильгельм Шееле исследовал пиролюзит, состоящий в
основном из двуокиси марганца. Опытъ! навели его на след трех
элементов — бария, марганца и хлора. При обработке пиролюзита мурийной
кислотой (так называли тогда соляную кислоту от латинского слова "му-
рия" — соляной раствор) Шееле наблюдал желто-зеленый газ с неприятным
запахом, вызывающий удзопье. Шееле предположил, что пиролюзит
способствует выделению из мурийной кислоты "горючего начала" — флогистона,
и поэтому назвал этот газ "дефлогистированной соляной кислотой", или
"дефлогистированной мурийной кислотой". Хотя истолкование окисления
соляной кислоты до хлора и основывалось на теории флогистона, Шееле
удалось найти зерно истины.
Однако доказательство факта, что хлор является элементом,
принадлежит Дэви. В своем докладе он критически рассмотрел взгляды ведущих
французских химиков (Гей-Люссака, Тенара, Бертолле) и сопоставил их с
результатами своих опытов. Французские химики считали, что новый газ
представляет собой соединение соляной кислоты с кислородом. Они
рассматривали хлор как "насыщенную кислородом соляную кислоту" (но не
продукт окисления соляной кислоты). Бертолле дал этому газу название
"асид муриатик оксиген", т.е. муриево-кислородная кислота. Дэви провел
множество опытов, одназначно показывающих, что кислород в открытом
90

■о-
-—^-^■—'■^
■т
1^^^
о Na"" «СГ
QCs" #СГ
Типы кристаллических решеток:
а - решетка хлористого натрия; б — решетка хлористого цезия; в — решетка
ангидрита (безводного гипса); г - решетка хлороплатината калия К^ [Pt (CI) ^ ]
Шееле газе отсутствует. В частности, он нагревал древесный уголь до
высоких температур в атмосфере "дефлогистированной соляной кислоты".
Если бы в газе присутствовал кислород, то это, безусловно, вызвало бы
изменение внешнего вида зо'ля. "Дефлогистированная соляная кислота"
не изменяла своих свойств даже при таких сильных воздействиях, как
пропускание электрической искры. Отсюда Дэви и сделал вывод, что имеет
дело с элементом,и предложил назвать его хлором от греческого "хло-
рос" — желто-зеленый, т.е. по цвету газа.
Дэви занимался хлором и позже. Во-первых, он проводил исследования
по выяснению химической природы этого газа, а во-вторых, изучал его
91

реакции с дрзо'ими веществами. При этих исследованиях Дэви открыл
треххлористый и пятихлористый фосфоры РС1 з и РС1 s • Путем разложения
первого из них водой Дэви получил фосфорную кислоту. Механизм этой
реакций окончательно выяснен только в последнее время, но начало этому
положил Дэви.
Теория Дэви о природе хлора распространилась очень быстро, однако
парижские химики сначала приняли ее в штыки. Лшнь когда был открыт
второй аналогичный хлору элемент, французы согласились со взглядами
Дэви.
ОКОЛЬНЫЙ ПУТЬ
ЧЕРЕЗ ВОДОРОСЛИ (ЙОД)
в 1813 г. французские химики Клеман
и Десорм опубликовали работу, в
которой сообщали об открытии нового
вещества их соотечественником и другом Бернаром Куртуа. На первый
взгляд публикация такого рода кажется необычной. Почему Куртуа не сам
написал об исследованиях и наблюдениях, которые привели к открытию
нового элемента?
В то время, когда Куртуа открыл йод, он занимался в Париже
изготовлением мыла и селитры. Тогда значительную часть соды получали из золы
водорослей, где в отличие от "сухопутных" растений калий заменен
натрием. Куртуа перерабатывал в основном бурые водоросли Северного моря.
Водный экстракт этих растений после озоления содержал наряду с содой
ряд других солей - хлоридов, бромидов и йодидов натрия, калия, магния и
кальция. При выпаривании таких растворов отдельные соли выпадали в
осадок соответственно их растворимости. Остающийся маточный раствор
содержал только соли высокой растворимости. При обработке таких
маточных растворов большим количеством серной кислоты Куртуа в 1811 г.
обратил внимание на выделяющийся фиолетовый пар, который
конденсировался на холодных предметах, образуя черные кристаллы. Химик провел
довольно скромные исследования нового вещества и вскоре з^едился, что
имеет дело с новым элементом. Но Куртуа бьш отнюдь не богатым
человеком и свое основное время тратил на зарабатывание куска хлеба, а
заниматься широкими исследованиями летучих кристаллов он не мог.
Поэтому-то Клеман и Десорм, которым он сообщил о результатах своих
наблюдений, и подготовили материал
Молекулярная решетка йода, который, как
и его гомологи, имеет двухатомную молекулу
об открытии нового элемента к
опубликованию.
Научная общественность
впервые узнала об открытии Куртуа
29 ноября 1813 г. из сообщений
Клемана на заседании
Французской Академии наук. Еще до
этого Кзфтуа сообщил о своем
открытии профессорам
Политехнической школы в Париже Жозе-
фу Луи Гей-Люссаку (1778—
1850 гг.) и Андре Мари Амперу
(1775-1836 гг.). Первый из них
92

провел подробное исследование нового вещества и обнаружил в,нем
большое сходство с хлором. И все же еще до того, как Гей-Люссак 1 августа
1814 г. сделал сообщение о новом веществе, названном им йодом за
фиолетовую окраску паров (по гречески "йодос" — фиолетовый), уже
известный нам Дэви дал общую характеристику йоду.
Как же это получилось? В октябре 1813 г. Дэви отправился в большую
научную поездку по Европе. Сначала он посетил Париж. Хотя в это время
Англия и Франция находились в состоянии войны, высокий авторитет
Дэви позволил ему получить разрешение на выезд во Францию и проезд
через нее от самого императора Наполеона I . Дэви бьш сердечно принят
своими французскими коллегами, которые устроили в его честь
множество приемов. В конце ноября Ампер и Клеман дали ему немного йода. Со
свойственной ему быстротой Дэви за 14 дней исследовал основные реакции
нового вещества и (независимо от Гей-Люссака) йришел к выводу, что
перед ним новый элемент. Результаты исследований Дэви изложил в статье,
датированной 10 декабря 1813 г., которзто он сразу же отослал в Лондон,
а уже 20 января следующего года Дэви сделал доклад на эту тему в
Королевском обществе. Такую спешку со стороны Дэви можно объяснить
только тем, что английский ученый непременно хотел "обскакать" знаменитого
Гей-Люссака в этой области химии. Дэви никак не мог простить французу,
что тот вскоре после, удачного выделения калия и натрия
электрохимическим путем в 1807 г. тоже начал заниматься щелочными металлами. Тогда
Гей-Люссаку и Тенару (1777—1857 гг.) удалось вскоре после большого
успеха Дэви получить натрий и калий путем восстановления щелочи
железными опилками и углем; этот способ бьш дешевле элетрохимического (для
того времени).
В ученом мире Парижа действия Дэвц вызвали шумный скандал.
Получалось, что элементарность йода доказал не Гей-Люссак, а Дэви. Но
несмотря на этот неприятный для французов эпизод, их самолюбие вскоре бьшо
удовлетворено: на след очередного галогена напал именно француз.
ТРЕТИЙ В КОМПАНИИ (БРОМ) В 1826 Г. ВО французском журнале
"Ежегодник физики и химии"
появилось сообщение об открытии нового элемента. Автором этой статьи бьш
23-летний Антуан-Жером Балар (1802—1876 гг.), ассистент
фармацевтической школы в Монпелье. Поначалу он занимался изучением
растительности районов Франции, прилегаюпщх к Северному морю, и совершенно не
собирался открывать новые элементы. Он исследовал также водные
экстракты озоленных водорослей. Когда он добавил в этот экстракт крахмал
и разбавил насыщенной хлором водой, обнаружились два окрашенных
слоя. Нижний — синий — образовался в результате реакции йода с
крахмалом, причем йод перешел из раствора в кристаллическое состояние под
действием хлора. Находящийся над крахмальным осадком слой раствора
принял оранжевую окраску, чего Балар вначале не мог объяснить. Тогда
он начал экспериментировать с маточными солянь1Ми растворами из
морской воды. При обработке хлорной водой и здесь получалась такая же
картина. Балар экстрагировал вещество, вызывающее оранжевую окраску,
93

эфиром и посл^ отгонки эфира получал темно-красную жидкость с
температурой кипения 58,8°С.
Молодой ученый не был уверен, что открыл новый элемент. Он
предполагал, что эта жидкость может быть соединением хлора с йодом. Но если
это действительно так, то жидкость должна была бы разложиться при
химическом воздействии. Однако все попытки разложить эту жидкость
были бесплодны,и Балар убедился, что открыл новый элемент. Опыты
показали также, что новое вещество по свойствам сходно с хлором и йодом.
Благодаря этому Балар очень скоро получил множество соединений
нового элемента. Он назвал его "муридом", так как извлек из соляного
раствора. Но это название не понравилось комиссии французской
Академии наук, в которую Балар отправил результаты своих опытов для
одобрения и проверки. Комиссия предложила назвать новый элемент бромом за
едкий запах (по-гречески "бромос" — зловонный).
С открытием брома стали известны уже три элемента, которые можно
было считать как-то связанными из-за аналогичности их свойств. Балар
хорошо понимал, что бром "займет место между хлором и йодом", хотя в
те времена понятие группы элементов в смысле систематизации еще не
было сформулировано. Начало этому положил И.В.Дёберайнер (1780—
1849 гг.), только в 1829 г. сформулировавший понятие триады. И должно
бьшо пройти еще 40 лет, пока великий русский химик Дмитрий Иванович
Менделеев (1834—1907 гг.) и немецкий химик ЛотарМайер (1830—1895 гг.)
не поставили галогены на свое место в семье элементов.
"РАДИКА1Г'
ПЛАВИКОВОЙ КИСЛОТЫ (ФТОР)
К группе галогенов наряду с нестойким
радиоактивным астатом, несомненно,
принадлежит и фтор, над выделением
которого в чистом виде ломало голову не одно поколение исследователей.
Только в 1886 г. французскому химику Анри Муассану (1852-1907 гг.)
удалось полздоггь чистый фтор. К тому времени этот элемент уже успел
приобрести имя, так как на его след химики вышли давно.
Началом охоты на фтор можно считать 1768 г., когда А.С.Маргграф в
Берлине дистиллировал в стеклянной реторте полевой шпат (фторид
кальция СаРг) с серной кислотой. При этом он заметил, что стенки реторты
изнутри как бы сильно корродируют.
Это была работа фтористого водорода,
водный раствор которого Шееле в 1771 г.
описал как кислоту. Он называл эту
кислоту плавиковой, Шееле тоже проводил
свои опыты в стеклянных сосудах,
поэтому его "плавиковая кислота"
содержала кремний. Теперь мы уже знаем
реакции, которые протекают в стеклянном
сосуде при воздействии серной кислоты
на плавиковый шпат:
Решетка флюорита (плавикового
шпата)
Of- оСа'
СаРз + Нз S04 = CaS04 + 2HFt,
SiOa (из стекла) + 4HF ^^^^ SiF4t + 2Н2О,
94

SiF4+2HF = H2SiF6,
Зар4+2Н2 0 = 8Ю2Ф +2H2SiF6.
Образующийся по второму уравнению четырехфтористый крекший при
дистилляции попадает вместе с фтористым водородом (и, естественно,
парами воды) в приемник, где реагирует с образованием кремнефтористой
кислоты H2SiF5 и кремнезема, выпадающего в осадок в виде геля.
Бескремниевую плавиковую кислоту Шееле впервые получил в 1781 г.,
после того как ганноверский ботаник Эрх^т обратил его внимание на то,
что в дистиллированной плавиковой кислоте не остается кремниевого
осадка, если стеклянную посуду заменить свинцовой. Этот факт был
отмечен и другими исследователями.
В последующие десятилетия этой кис-
Схема получения фтора путем элек- лотой занимались многие ученые. В 1808 г.
T-Tpo^^r^F,; 2 - кусочки Д^»« ™тался разложить ее калием, чтобы
CaF^; 3 - уплотняющая паста; выделить радикал кислоты. Несколько
4 - электрод из никеля (анод); позже В Париже такие же попытки пред-
5 - медная трубка; б - основная приняли Гей-Люссак и Тенар. В резуль-
ячеика (катод) из магния, меди или g Протекавшей реакщ1И
медноникелевых сплавов; 7- ^^ ^ ш ^^ ^^^
электролит - KF . HF(температура ^^^У^^^^^ ВОДОрод и фторид калия,
плавления 217°С), KF ^ 2HF Причем последний реагировал с и:^ытком
(72^С) или KF* 3HF (б^С) плавиковой кислоты, образуя соли типа
Анодное пространство отделено от KF * п HF (w = 1 2,3):
катодного медной трубкой во
избежание взрыва при соединении выде- 2К + HF = 2KF + Н
ляющегося на катоде водорода и _ v с ^
выделяющегося на аноде фтора. Ма- *^*' *** HF — KF • HF == К (HF2)
териалы ячейки^ электродов и уп-
Выделить фтор таким способом не
удавалось. Тем не менее у Дэви, а также у
Гей-Люссака и Тенара это не отбило
охоты к продолжению исследований. Ведь
надо было определить точный состав
фтористого водорода. Вспомним начало
этой главы: многие ведущие химики
считали, что в состав кислот обязательно
входит кислород. На явную аналогию между
хлористым водородом и фтористым
водородом впервые указал Ампер, а Дэви
подтвердил экспериментально эту
гипотезу, о чем и сделал доклад в июле 1813 г.
в Королевском обществе. Дэви
предложил для нового элемента название
"флуорин", которое до сих пор
сохранилось в англоязычной литературе.
Попытки Дэви выделить фтор из фторидов,
воздействуя на них хлором, оказались
безуспешными вследствие слишком
низкого окислительного действия хлора.
95
лотнений относительно устойчивы к
действию фтора

Да, необходим очень сильный окислитель, чтобы "вырвать" фтор из его
соединений. Эту проблему можно решить только анодным окислением
ионов фтора. Таким путем Муассан после многочисленных безуспешных
попыток 26 июня 1886 г. выделил чистый фтор. При электролизе раствора
тщательно высушенного фтористого калия в атмосфере фтористого
водорода в платиновом сосуде он наблюдал на аноде газ, по его предположению
фтор. Первоначальные сомнения, что этот газ может быть перфторидом
водорода или смесью озона с фтористым водородом, вскоре рассеялись.
Вследствие необычно высокой реакционной способности фтора Муассан
применил электроды из платиноиридиевого сплава, которые бьши введены
через надежное уплотнение из плавикового шпата в июбразную
платиновую трубку. Тем самым сосуд бьш предохранен даже от следов влаги
воздуха, которые могли бы привести к ошибкам эксперимента. Именно
Муассан в своих прежних опытах определил, что электролитическое
разложение содержащего воду фтористого водорода (т.е. плавиковой
кислоты) дает лшпь водород, кислород и озон.
Так французским химиком бьш выделен в чистом виде еще один
галоген. Были близки к этому результату и другие исследователи. Но им не
везло — то при электролизе не удавалось наблюдать фтор, то
выделившийся фтор вступал в реакцию с материалом электрода, и опыт приходилось
прекращать. Успеху Муассана способствовали его большой
экспериментаторский талант и полное исключение всех возможных источников ошибок
опыта. Нельзя забывать, что вследствие большой токсичности фтористого
водорода работа с этим летучим веществом (его температура кипения
равна 19,5 С) бьша и остается опасной. Фтористый водород вызывает
сильные ожоги на кЬже и разъедает стшзистую оболочку органов дыхания. И в
этом отношении он похож на своего "родственника" — хлористый
водород, но, пожалуй, еще коварнее его.
КАК ИСПОЛЬЗУЮТ ГАЛОГЕНЫ Открытие и выделение галогенов дали
химикам новый класс веществ,
которые с самого начала представляли не только чисто академический интерес.
И все же непосредственное использование галогенов в повседневной жизни
ограничено относительно немногими областями. Можно упомянуть о
применении хлора для стерилизации питьевой воды и вообще для дезинфекции
воды, о применении йода для антисептических целей в медицине. Галогены
широко и многосторонне применяются для производства множества
органических и неорганических соединений. Но часто их плодотворное
применение остается не замеченным нами. Все мы знаем, пользуясь домашним
холодильником, что в его агрегате испаряется специальное вещество, что и
создает нужный нам холод. Но многие ли знают, что под именем "фреоны"
скрьшаются фторуглеводороды: трифторметан СНРз, трифтормонохлор-
метан CCIF3, дифтормонохлорэтан CH3CF2CI и другие?
Неорганические соединения фтора, например фторсиликат натрия Na2SiF6
и фторид натрия NaF, в некоторых местностях добавляют в питьевую воду,
так как в местах, где в воде содержится мало фтора, у людей, особенно
детей и подростков, развивается усиленный кариес зубов. Такие "инъек-
96

ции" фтора нужны и потому, что молодые люди тратят ежедневно
некоторые количества фтора на формирование скелета, а фтора, поступающего в
организм с пищей, для этой цели недостаточно. В ГДР этой проблемой
занимаются давно. Например, 300 тысяч жителей Карл-Маркс-штадта еще с
1959 г. пользуются водопроводом с фторированной водой.
Элементарный фтор нужен для синтеза летучего гексафторида урана
ирб из тетрафторида урана UF4. Так легче разделить изотопы урана с
атомной массой 235 и 238; в газообразном состоянии гексафториды обоих
изотопов разделяют методом газовой диффузии.
Фтороводородные горелки вследствие сильного окислительного действия
фтора дают высокую температуру (до 3700°С). Еще более высокие
температуры получаются при смешивании фтора с гидразином или аммиаком:
N2H4+2F2 = N2+4HF,
2Шз+Зр2 = N2 +6Н2.
Такие смеси используют в ракетах в качестве топлива.
Постоянно возрастает промьшшенное применение и хлора, причем
диапазон соединений хлора, необходимых неорганической и органической хи
мии, очень широк. Много хлора требуется для производства чистого
хлористого водорода путем его синтеза из элементов, для удаления олова с
отходов белой жести и для производства отбеливателей. Бром широко
применяется в органическом синтезе. Органические соединения йода
находят применение в медицине в качестве контрастных жидкостей для
рентгеновского исследования. Медищгае служит и радиоактивный изотоп
йод-131, который используют преим)ацественно для диагностики и лечения
заболеваний щитовидной железы.
Возможно, некоторые приведенные примеры относятся к спещ1альным
областям, но они дают нам представление о большой пользе галогенов и их
соединений. И все же история (и даже история нашего времени) может
напомнить нам о вреде галогенов. В первую мировую войну хлор был
применен как химическое отравляющее вещество, а использование слезоточивых
газов для разгона мирных демонстраций и в наше время не редкость на
Западе. А ведь эти газы — бромацетон и хлорацетофенон. Химические
отравляюидае вещества применяли США и во время вьетнамской войны.
Под эгидой США во многих странах Запада производятся ядовитые газы
для военных целей. Это со всей ясностью указывает нам на необходимость
бдительности и борьбы против использования наз^чно-технических
достижений во вред человечеству.
ПОРЯДОК в ДОМЕ
(периодическая система элементов)
ДВА ИССЛЕДОВАТЕЛЯ g ^955 Г. В американском журнале "Фи-
И ИХ СИСТЕМЫ зикал ревю" появилось сообщение об
открытии элемента N° 101. Это
открытие принадлежит группе Г.Т.Сиборга из лаборатории радиоактивности 1Сали-
7 Библиртечная книга
97

форнийского университета. Атомы нового элемента полз^али
бомбардировкой эйнштейния ядрами гелия (альфа-частицами):
2||Es +5Не = ^^^ элемент^Г'101+ in.
Авторы этой работы назвали новый элемент менделевием в честь
великого русского химика Дмитрия Ивановича Менделеева, составившего
периодическую таблицу элементов и использовавшего ее для предсказания ряда
химических и физических свойств не открытых еще в то время элементов.
Кто же бьш этот исследователь, который пророчески писал: "Было бы
очень интересно полз^ать экспериментальные данные, подтверждающие
взаимные превращения одного элемента в другой; тогда я мог бы
надеяться, что найдены и поняты основы периодической системы элементов".
Д.И.Менделеев родился 27 января (8 ферваля) 1834 г. в Тобольске. Он
был четырнадцатым и последним ребенком в семье директора тамошней
гимназии. Умер Менделеев 20 января (2 февраля) 1907 г. в Петербурге.
Менделеев был еще ребенком, когда скончался его отец. Воспитание детей
легло на плечи матери будущего великого ученого.
Она очень хотела, чтобы Дмитрий стал ученым. Лучшие перспективы для
этого, по ее мнению, открывались в Москве. Вместе с шестнадцатилетним
Дмитрием мать оставила Тобольск и приехала в далекую Москву. Но
зачислить иногороднего абитуриента в Московский университет оказалось
невозможным. Теперь все надежды были связаны с Петербургом. Для
медицинской карьеры Менделеев не годился: в анатомическом театре он падал
в обморок. Решили, что Дмитрий станет учителем. Но вследствие
постоянных студенческих волнений прием в Петербургский университет бьш
ограничен. Множество препятствий пришлось преодолеть юному Менделееву,
пока он добился осенью 1850 г. приема на физико-математический
факультет Педагогического института. Вскоре после этого мать Менделеева
умерла. Теперь институт стал для Дмитрия, которому еще не бьшо семнадцати
лет, не только местом учебы, но и
родным домом. Позже Дмитрий Иванович,
очень критически относившийся ко
всем видам обязательного обучения,
всегда восторженно говорил о годах
своей учебы в Педагогическом
институте.
Выпускные экзамены молодой
Менделеев сдал с отличием в 1855 г. Он
должен был остаться в университете,
в состав которого входил
Педагогический институт, но здоровье Дмитрия
Ивановича было подорвано. Поэтому он
перебрался в Симферополь, а затем
(зимой 1855 г.) — в Одессу, где начал
преподавать в гимназии. Здесь он
в необыкновенно короткое время
подготовил свою магистерскую
диссертацию "Об удельном объеме"
Дмитрий Иванович Менделеев
i^PV**4ifc
А»
4i.
\
f
"•^
\
-J.V«a»r<^* ««l
98

в 224 страницы. Затем он вернулся в Петербург, получил звание магистра
химии и с осени 1856 г. начал работать приват-доцентом на кафедре химии.
В январе 1859 г. Менделеев прервал свою преподавательскую деятельность
и отправился в научную командировку на два года. Он прибыл в Гейдель-
берг, где стал работать в лаборатории знаменитого Роберта Бунзена, а в
1860 г. принял участие в первом конгрессе химиков в Карлсруэ. Этот
конгресс был созван, чтобы устранить существовавшую тогда путаницу в
понятиях атомной, эквивалентной и молекулярной масс. Конгресс внес
полную ясность в эти запутанные тогда понятия и тем самым открыл
дорогу попыткам систематизировать известные в то времй элементы.
В феврале 1861 г. Менделеев вернулся в Петербург. В начале 1864 г.
он уже был профессором Технологического института при университете, а
через два года стал ординарным профессором химии. С осени 1867 г. он
заведовал кафедрой чистой (неорганической) химии Петербургского
университета.
Хотя вклад Менделеева во всех областях химии очень велик, его имя
связывают в nepB}^ очередь с составлением и обоснованием
периодической системы элементов.
Менделеев понимал, что свойства элементов находятся в определенной
периодической зависимости от их атомных масс. Впервые он изложил свои
взгляды в работе, представленной в 1869 г. Русскому химическому
обществу. Работа была зачитана на заседании общества 6 (18) марта 1869 г.
профессором Н.А.Меншуткиным; она была посвящена ''взаимосвязи между
свойствами и атомным весом элемента". Незадолго до этого Менделеев
разослал ведущим химикам России свою работу **Опыт системы элементов,
основанной на их атомном весе и химическом сходстве". Доложенные на
заседании результаты были опубликованы уже в апреле 1869 г. в журнале
Русского химического общества. Хотя опубликованная таблица и была
неполной, в ней химические элементы размещались с учетом принципа
периодичности. Благодаря этому элементы с одинаковыми свойствами
находились в одной строке (Менделеев располагал сначала элементы с
одинаковыми свойствами не по вертикали, как принято теперь, а по
горизонтали). Эту таблицу Менделеев постоянно совершенствовал. В декабре
1870 г. он представил Русскому химическому обществу свои дальнейшие
исследования по этой теме. Здесь уже говорилось об определении заранее
свойств еще не открытых элементов. Работа под названием "Естественная
система элементов и применение ее к указанию свойств неоткрытых
элементов" стала истинным кладезем мудрости для химиков того времени.
Особенно понятным стало ее выдающееся значение, когда ряд элементов,
предсказанных и охарактеризованных Менделеевым, был открыт в
последующие годы. В 1875 г. француз Лекок де Буабодран открьш эка-алюми-
ний, который он назвал галлием, в 1879 г. швед Нильсон открыл эка-бор
(скандий), а в 1886 г. немец Винклер открьш экач;илиций (германий).
Распределение элементов по "группам" и "периодам" отражает
периодичность, которую Менделеев положил в основу расположения элементов
по атомным массам в порядке их возрастания. При этом он исходил не из
чисто формального применения этой схемы; он рассматривал совокупность
связей между важнейшими качественными и количественными особеннос-
7* 99

~^-г!
Лотар Мейер
тями элементов. Важнейшей
количественной характеристикой элемента
Менделеев считал атомную массу.
Почти одновременно и независимо
от Менделеева периодическую систему
составил немецкий химик Лотар
Мейер.
Мейер родился 19 августа 1830 г.
в Вареле в семье врача. Сначала он
изучал медицину и в 1854 г. получил
звание доктора медицины. Научную
работу Мейер вел в университетах
Гейдельберга и Кенигсберга. Он
занимался там преимущественно
медицинскими и физиологическими
исследованиями. Лишь после переселения в Бре-
слау Мейер начал заниматься химией.
В начале 1859 г. он выступил перед
физиками и химиками университета
с работой "Химические теории Бертолле и Берцелиуса'*. В
Физиологическом институте Бреслауского зшиверситета он получил место ассистента и
прочел в качестве приват-доцента ряд лекций по самым различным
вопросам химии.
Как и Менделеев, Мейер участвовал в 1860 г. в работе конгресса
химиков в Карлсруэ. Дискуссии на этом конгрессе вызвали интерес у Мейера, и
он решил сопоставить имевшиеся в то время химические теории и
гипотезы. Результатом его исследования бьша вышедшая в 1864 г. брошюра
"Современные химические теории". Она принесла Мейеру известность среди
специалистов. В мае 1866 г. Мейер становится доцентом Лесной академии в
Нойштадт-Эберсвальде. Но работал он здесь недолго, так как уже в 1868 г.
его пригласили на должность ординарного профессора химии в
Политехнический институт в Карлсрз^. С 1876 г. до конца жизни (11 апреля 1895 г.)
Мейер преподавал в Тюбингенском университете.
Как и Менделеев, Мейер успешно работал в различных областях химии.
Наибольшее научное значение среди его трудов имели, во-первых, уже
упоминавшаяся брошюра, выдержавшая несколько изданий с
дополнениями и переработками, а во-вторых, исследования периодизации химических
элементов. В декабре 1869 г. Мейер опубликовал в журнале "Либихс
аннален дер хеми унд фармаци" статью "Природа химических элементов
как функ1Ц1я их атомного веса". В ней он, в частности, доказал
периодичность атомного объема элемента в зависимости от его относительной
атомной массьь Открытая Мейером система элементов имела много общего с
первой таблицей Менделеева, а по расположению нескольких элементов даже
более соответствовала современным взглядам. Например, свинец в таблице
Мейера располагался в группе )тлерода — кремния, ртуть бьша в группе
цинка ~ кадмия, а золото занимало место в группе меди —серебра.
100

Можно было бы сказать, что вклад Мейера в создание периодической
системы примерно сопоставим со вкладом Менделеева, но Мейер не
сумел сделать из периодического закона столь смелых и далеко идущих
выводов, как русский ученый. Так, Мейер предостерегал от "очень
привлекательных спекуляций в отношении существования и свойств элементов,
которые еще не открыты". Это мнение Мейер высказывал даже в 1895 г.,
т.е. в то время, когда открытие предсказанных элементов галлия, скандия
и германия уже стало историей. В противоположность Мейеру Менделеев
в силу смелости своего мьпиления сумел дать глубокое для своего времени
толкование периодической системы элементов. Фридрих Энгельс писал по
этому поводу в своей "Диалектике природы": "Менделеев, применив
бессознательно гегелевский закон о переходе количества в качество, совершил
наз^чный подвиг, который смело можно поставить рядом с открытием Ле-
верье, вычислившего орбиту еще не известной планеты — Нептуна"
(К.Маркс, Ф.Энгельс, Соч., изд. 2-е, т. 20, с. 389).
ПРЕДШЕСТВЕННИКИ Разумеется, еще до Менделеева и
Мейера другие исследователи находили
известные взаимосвязи между величиной относительной атомной массы и
определенными химическими свойствами элемента. Так, И.В.Дёберайнер
(1780—1849 гг.), работавший с 1810 г. профессором Иенского
университета, в 1817 г. открьш, что кальщ1Й, стронщ1Й и барий не только сходны по
своим химическим характеристикам, но и проявляют известную
закономерность в своих атомных массах. Так, атомная масса строшщя (87,62)
приблизительно равна среднему арифметическому из атомных масс
кальция (40,08) и бария (137,34). В вышедщей в 1829 г. работе "опыт
группирования элементарных веществ по аналогии их свойств" Дёберайнер
называл такие группы триадами. Он нашел и др)тие триады: литий — натрий —
калий, сера — селен — теллур и хлор — бром — йод. Около 1850 г. немецкий
врач М.фон Петтенкофер (1818-1901 гг.) нашел, что подобные группы
элементов могут содержать и более трех элементов. В качестве примера он
приводил, в частности, группу азот — фосфор — мышьяк — сурьма.
Уильям Олдинг (1829—1921 гг.), профессор химии в Оксфорде,
опубликовал в 1865 г. таблицу известных в то время элементов, в которой уже
четко прослеживалось родство между ними. Здесь бьши объединены в
группы зтлерод, кремний, олово и свинец, азот, фосфор, мышьяк, сурьма и
висмут, сера, селен и теллур, фтор, хлор, бром и йод, а также калий,
рубидий и цезий.
В 1863-1866 гг. англичанин ДжЛьюлендз (1838—1898 гг.)
сформулировал "закон октав". Он располагал элементы по возрастающей
относительной атомной массе, причем пользовался скорректированными Канницаро
значениями атомных масс. Ньюлендз обнаружил, что через каждые восемь
элементов свойства элементов периодически повторяются. Система Нью-
лендза содержала всего семь таких октав, т.е. в ней не бьшо места для
вновь открываемых элементов. Соврем^шики Ньюлендза не понимали
важности его работы. Например, после прочитанной им лекции один из
слушателей дал химику "дельный совет" расположить элементы в
алфавитном порядке, тогда, мол, может обнаружиться какая-то закономерность их
101

свойств. Этот анекдотический случай показывает, насколько даже сами
химики были мало готовы к отысканию закономерных взаимосвязей
между элементами.
ПЕРВЫЕ ИСПЫТАНИЯ Только Менделеев и Мейер приняли ок-
НА НАДЕЖНОСТЬ тавную схему и нашли такое
расположение элементов, чтобы в пробелы могли
быть поставлены новые, еще не открытые элементы. Именно этот факт
имеет важность для дальнейших исследований. По пробелам в таблице можно
бьшо сразу понять, какой элемент еще предстояло найти.
В последующих разделах будет подробно показано, как периодическая
система вскоре послр открытия выдержала свои первые испытания на
надежность. Открытия галлия, скандия и германия наглядно показали
значение периодического закона. Лекок де Буаборан, Нильсон и Винклер на
деле подтвердили правильность этого закона. Еще одним "утвердителем"
закона стал англичанин Уильям Рамзей (1852—1916 гг.), открывший в
1894—1898 гг. ряд инертных газов.
Так бьша вписана важная глава в историю элементов.
НЕМНОГО ФИЗИКИ: После открытия периодического закона
АТОМНЫЕ ОСНОВЫ усилия исследователей были направле-
ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ны на отыскание глубоких
закономерностей периодической системы. То, что
аргон, несмотря на более высокую атомную массу, чем у калия,
располагается в периодической таблице перед ним, показало, что сама по себе
атомная масса не может быть решающим параметром при распределении
элементов по группам. В связи с этим все громче раздавался вопрос: а как же
все-таки устроен атом? Первым толчком к ответу на этот вопрос было
открытие радиоактивности французским ученым Анри Беккерелем (1852—
1908 гг.) в 1896 г. и последующее объяснение этого явления, данное
Фредериком Содци (1877—1956 гг.) и Эрнстом Резерфордом (1871—1937 гг.).
1913 г. стал еще одним важным этапом в углублении познания
периодической системы элементов. Английский ученый Генри Мозли (1887—
1915 гг.), изучая рентгеновские спектры элементов, открыл, что величина,
обратная длине волны X рентгеновской линии А"^, для всех элементов
пропорциональна квадрату атомного номера элемента, уменьшенного на
единицу. Теперь стало возможным определить число пока "отсутствующих" в
периодической таблице элементов. К тому времени утвердилось мнение, что
атомный номер элемента и заряд его ядра — идентичные величины; кроме
того, в 1911 г. Резерфорд разработал свою модель атома с ядром и
оболочкой. Формулирование в те же годы закона радиоактивного смещения
А.С.Расселом, Ф.Содци и К.Фаянсом стало еще одним шагом на пути
понимания положения радиоактивных элементов £ периодической системе. А в
1913 г. Содци сформулировал понятие изотопа и однозначно доказал, что в
периодической системе имеются элементы с одинаковым зарядом ядра и
разными атомными массами. Это и объяснило "исключения",
получающиеся в системе при расположении атомов по массе (аргон — калий, кобальт —
никель, теллур — йод).
102

25000
20000
15000 «
AQ
i
20 30 -40 50 ftO 70 80
Заряд sicfpa Z
90 'lOO
^
Иллюстрация закона Мозли. Согласно приведенному уравнению
(где R - константа Ридберга), если по оси ординат отложить
квадратный корень из величины, обратной длине волны, то полу^
чится прямая линия. По этой прямой можно определить, пустует
ли в периодической таблице какая-либо клетка. Показаны
номера (они же заряды ядра) некоторых элементов и приведены годы
ихоткрытия
в 1914 г. положение вещей было следующим. Периодическую таблицу
завершал уран с атомным номером 92. Элементы с атомными номерами
43, 61, 72, 75, 85, 87 и 91 открыты еще не были. Некоторые из них
"нашлись" в скором времени (протактиний, гафний, рений), а некоторые
удалось открыть лишь в последующие десятилетия. И здесь вновь таблица
Менделеева сыграла неоценимую роль.
На это время приходятся дальнейшие открытия в атомной физике,
позволившие глубже понять взаимосвязи между строением атома и
периодической системой. В 1913 г. Нильс Бор (1885-1963 гг.) разработал
планетарную модель атома и сформулировал свои постулаты о круговой
траектории электрона и точно определенной его энергии, т.е. ввел главное
квантовое число. Арнольду Зоммерфельду (1868-1951 гг.) удалось путем
допущения эллиптической орбиты электрона дать интерпретацию
орбитального квантового числа. Питер Земан (1865-1943 гг.) открьш, что линии
спектра некоторых элементов расщепляются под действием магнитного
поля. Это открытие привело к введению понятия магнитного квантового
числа. Крсше того, появилось понятие спина электрона.
Таким образом, были найдены все величины, определяющие место
электрона в оболочке атома. Основополагающий принцип бьш сформулирован в
1925 г. Вольфгангом Паули (1900-1958 гг.). Его работы базировались на
исследовании и просмотре атомных спектров элементов, зачастую весьма
сложных. Однако все эти спектры можно бьшо распределить по группам
(сериям). Используя расщепление спектральных линий в магнитном поле.
103

Паули сумел определить квантовые числа всех электронов данного атома.
При исследовании множества спектров он обратил внимание на то, что
о^феделенные линии, ожидаемые в них, отсутствуют. Это и привело Паули
к мысли, что "в природе есть только такие электронные порядки, в
которых все электроны атома различаются, по крайней мере, по своим четырем
квантовым числам". Так был сделан еще один шаг на пути интерпретации
таблицы Менделеева с точки зрения атомной теории. Применение принципа
Паули при расположении электронов в атомной оболочке позволило дать
наглядное объяснение максимальных цифр заполнения отдельных оболочек
(и тем самым периодов).
ПРЕДЕЛЫ СИСТЕМЫ? После открытия итальянским физиком
Э.Сегре в 1940 г. элемента астата
последний пробел периодической таблицы был заполнен. Но значило ли это,
что открыты уже все элементы? Физики-атомщики не верили во внезап-
нь1Й обрыв периодической системы на 92-м элементе — уране. Почему уран
должен быть последним в ряду элементов? Почему не могзгг существовать
трансзфановые элементы? Ответ на эти вопросы искали в 30-е годы Энрико
Ферми с сотрудниками в Риме, а также Отто Ган, Лиза Мейтнер и Фриц
Штрассман в Берлине. Их усилия не пропали даром: обе группы
исследователей пришли к выводу, что при бомбардировке зфана нейтронами
получатся трансурановые элементы. Но, как выяснили Ган и Штрассман в 1939 г.,
эти "новые элементы" оказались осколками ядер атомов Зфана. Так бьшо
открыто расщепление ядра, хотя ученые стремились к образованию новых
ядер. Но вскоре после этого, в 1940 г., бьш открыт первый трансзфановый
элемент, а затем очень быстро были найдены дрзо'ие члены семейства транс-
уранов. В наше время граница периодической таблицы сместилась к
элементу N" 107. Но и атомы этого эка-рения не завершают периодическую
систему. В одном из последующих разделов мы расскажем о точно
обоснованных научных возможностях создания атомов с еще большей атомной
массой. Хотя некоторые идеи физиков в этой области и могут показаться
несколько рискованными (и это мягко сказано), все предложения по синтезу
новых элементов основаны на глз^оком знании и понимании
закономерностей материи.
И мы убеждаемся еще кое в чем. Периодическая система элементов
блестяще выдержала все испытания на прочность. Она стала незаменимым
подспорьем для физиков, если требуется создать атомы очередных эка-
элементов и идентифицировать их. Следующие ожидаемые элементы —
экаюсмий (заряд ядра 108), эка-платина (заряд ядра 110) и эка-свинец
(заряд ядра 114).

о ДРАГОЦЕННОСТЯХ КОРОНЫ
ИЗУМРУДАХ И ОДНОМ ЭКА-ЭЛЕМЕНТЕ
(алюминий^ бериллий и галлий)
"СЕРЕБРО ИЗ ГЛИНЫ"
(АЛЮМИНИЙ)
Если покопаться немного в
статистических справочниках, то можно найти,
что в наше время мировое
производство алюминия перевалило за десяток миллионов тонн в год. Неспециалисту
эта цифра покажется невообразимо большой, а в действительности это лишь
одна ступенька крутой лестницы, по которой взбирается сейчас
производство алюминия. Начиная с 1910 г. производство алюминия каждые семь—
восемь лет удваивается. Темпы роста производства алюминия выше темпов
роста производства стали. Если в 1956 г. на каждую тонну стали в мире
выплавлялось 11,4 кг алюминия, то в 1966 г. — уже 16 кг.
Да и в предстоящие годы нет оснований ожидать, что рост производства
алюминия замедлится. Столь быстрый рост объясняется необычайно
широким применением алюминия в самых различных сферах. Многогранная
"деятельность" белого металла объясняется в первую очередь его малой
плотностью, хорошими механическими, химическими и электрическими
свойствами. Все это позволяет успешно использовать алюминий в
транспортном машиностроении, судо- и авиастроении. Благодаря хорошей
механической прочности алюминий нашел применение в химическом
машиностроении и при сооружении больших резервуаров. Трудно пришлось бы и
электротехникам, если бы у них не бьшо более дешевого, чем медь,
алюминия. Каждый из нас, проходя сегодня по новым кварталам» видит, как
часто и успешно применяют алюминий современные архитекторы для
строительства зданий. А ведь это далеко не все возможности применения
замечательного металла алюминия, который чуть больше сотни лет назад стоил
дороже золота.
Свое название алюминий получил от латинского слова "алюмен", что
означает квасцы. Именно в квасцах в 1754 г. немецкий химик Маргграф
плм.т
16
12
^o
8
6
4
2
10QOOO
SQ006
L
^
/
1
1^Г
V
1995 1Э00 1905 1Э10 1Э15
1
1Э20 1930 1940 1950 I960 1970 1980
Мировое производство алюминия (пунктирная кривая — фактический
уровень производства)
105

".
.5»
%
i
* 9»
\
Ганс Христиан Эрстед
открыл квасцовую землю , т.е. окись
алюминия AI2O3. Он же получил и
глинозем из глины и сланцев различных видов.
Но прошло несколько десятилетий,
пока некоторым исследователям
удалось выделить "радикал глинозема" в
более или менее чистом виде. Так, в
1808 г. Дэви после своих
электрохимических опытов по получе1шю натрия
и калия, а также щелочноземельных
j|\ А * металлов — от магния до бария — по-
fp N411 .' j/ ^ '\ пытался вьвделить алюминий путем
/' i vrf^^ ^ ^ электролиза расплавленной смеси гли-
' fA ..^вТ ' 7 '•- л нозема с едким кали. При этом,
несомненно, получился алюминий, но Дэви
не удалось выделить его из смеси
металлов.
Значительно большего успеха достиг
датчанин Ганс Христиан Эрстед (1777-
1851 гг.), который в 1825 г.
смешал безводный хлорид алюминия
А1С1з с амальгамой калия. Образовалась амальгама алюминия, очень быстро
окисляющаяся на воздухе. После отгонки ртути остался алюминий. Эрстед
описал полученный металл, сравнив его по цвету и блеску с оловом. От
дальнейших опытов от отказался и сообщил о своих результатах
немецкому химику Фридриху Вёлеру, который и занялся с разрешения Эрстеда
выделением алюминия.
Ф.Вёлер (1800—1882 гг.) родился в Эшерсгейме близ Франкфурта-на-
Майне. Еще не достигнув 20-летнего
возраста, он начал изучать медицину
в Марбургском университете, а в 23
года получил докторское звание в
Гейдельбергском у1шверситетё.
Всевозможными химическими опытами Ве-
лер увлекался еще в школьные годы;
когда он стал студентом, то этого
своего "хобби" он не оставил. Именно
поэтому молодой Велер охотно
последовал совету друга своего отца,
профессора химии Леопольда Гмелина,
специализироваться в области химии.
Год Велер проработал в лаборатории
Берцелиуса в Стокгольме. Здесь он
изучил, по его словам "тысячу простых
приемов, облегчающих работу и
глубокие аналитические методы, которые
Берцелиус открыл и применял с
поразительным мастерством'
106
Фридрих Ве'лер
i
.»>

По возвращении в Германию Вёлеру представилась возможность
работать в недавно основанной Берлинской городской школе ремесел
преподавателем химии. Он отказался от своих планов получить место
преват-доцента в Гейдельбергском университете и в 1825 г. переехал в Берлин. В новой
школе он нашел скромную лабораторию, которая вскоре стала местом
фундаментальных открытий. Одним из них бьшо выделение чистого
алюминия. Продолжая опыты Эрстеда, Велер установил, что полученный
датчанином алюминий сильно загрязнен калием. Осенью 1827 г. Вёлер
восстанавливал калием безводный хлорид алюминия. Реакция протекала очень
бурно, и Вёлер был вынужден несколько изменить опытное оборудование.
Первые эксперименты он проводил в стеклянной трубке, куда помещал
маленький кусочек хлористого алюминия с калием и нагревал их вместе.
При этом трубка раскалялась и лопалась. Тогда химик перенес опыты в
платиновый тигель, но и здесь реакция протекала так бурно, что крышку
тигля пришлось прикручивать проволокой — иначе ее могло сорвать. Чтобы
наверняка избежать возможной примеси платины в алюминии, Вёлер
использовал в конце концов фарфоровый тигель.
О результатах опытов Вёлер писал: "Полученная масса полностью
расплавлена и имеет темноч:ерый цвет. Охлажденный тигель помещают в
большой сосуд с водой, чтобы растворилась соляная масса. При этом
осаждается серый порошок, который при ближайшем рассмотрении, особенно на
солнечном свету, оказывается состоящим их чистых мелких металлических
блесток. После того как порошок осаждается, его переносят на фильтр,
промывают холодной водой и сушат. Это и есть алюминий".
Вёлер тщательно, исследовал химические свойства алюминия. Когда
сегодня читаешь его работы, остается только удивляться тем значительным
результатам, которые он получил и которые стали основой химии
алюминия.
Выделить алюминий в виде чистого металла Вёлеру удалось только в
1845 г. Он получил шарики алюминия размером с булавочную головку.
Во Франции выделением чистого алюминия занимался химик Анри
Сент-Клер Девиль (1818-1881 гг.), начавший свои опыты позднее Вёле-
ра — в 1854 г. Для восстановления алюминия он использовал вместо
дорогостоящего калия натрий, процесс получения которого он существенно
усовершенствовал и тем самым снизил его стоимость. Благодаря работам
Девиля стоимость алюминия упала с 2000 до 200 марок за килограмм.
Через год после начала опытов французский химик представил на Парижской
всемирной выставке небольшие слитки алюминия, вызвавшие всеобщий
интерес. Этот экспонат называли "серебром из глины".
Еще в 1854 г. Р.Бунзен в Гейдельберге и независимо от него Девиль
установили, что металлический алюминий можно получать и электролизом
легкоплавкой соли - натрийалюминиевого хлорида NaClAlCla. Через
пять лет французский химик предложил получать алюминий электролизом
смеси натрийалюминиевого хлорида с криолитом NasAlFe- Дзвиль
наблюдал также растворение алюминия в расплавленных фторидах. Это и
стало ключом к открытию промьшшенного способа электролитического
производства алюминия.
107

Маз[А!а/А1Г5/13аС1
Схема трехслойного электролиза для
получения чистого алюминия:
Очищаемый алюминий служит
катодом, а над ним помещается
электролит, состоящий из Na^(AlF^), AlF^
и BaCl^. Сверху же находится
пластина из чистого алюминия, которая
служит катодом. Температура ванны
настолько велика, что анодный
материал, электролит и чистый алюминий
находятся в жидком состоянии
Но в то время о получении
алюминия в промышленных масштабах при
тогдашней дороговизне
электроэнергии нельзя было и думать. Только с
изобретением динамомашины
(генератора постоянного тока) в 1867 г.
стало возможным получение дешевого
алюминия. Технологию производства
алюминия электролизом расплава
разработали в 1884 г. независимо друг
от друга 21-летний американский
студент Чарлз Мартин Холл (1863—
1914 гг.) и его ровесник во Франции
Поль-Луи Эру (1863-1914 гг.).
Холл проводил свои опыты с
помощью построенной им самим
электрической батареи в деревянном сарае.
Первые образцы полученного им
23 февраля 1886 г. алюминия
называют "драгоценности короны" и
хранят до сих пор в музее фирмы "Алю-
миниум компани оф Америка" в
Питсбурге. Через два года после этих
лабораторных опытов Холл начал промьшшенное производство
алюминия.
■ ■
В конце XIX века алюминий производили в промышленнь1Х масштабах
и в Европе. Эру работал над получением алюминиевой бронзы (сплава меди
с алюминием) и ферроалюминия. Химик из Вюрцбурга М.Килиани
разработал способ получения чистого алюминия.
Следующими важнейшими этапами в истории алюминия были 1906 г.,
когда немецкий химик А.Вильм нашел первый самотвердеющий
алюминиевый сплав дуралюмин, и 1919 г., когда американец Хупес изобрел
трехслойное электролитическое рафинирование алюминия и получил этим
способом чистый алюминий (чистота 99,99 % и более). Такой алюминий
применяется, в частности, в электротехнике, химической и пищевой
промышленности.
ИЗУМРУДЫ, АКВАМАРИНЫ В Дрездене есть зал, который называет-
И...ЯДЕРНЫЕРЕАКТОРЫ ся "Грюне Гевельбе", что означает
(БЕРИЛЛИЙ) "зеленый свод". Действительно,
потолок этого зала зеленый, но главное в
нем не это. Здесь размещается государственная сокровипщица
произведений искусства ГДР. К одному из самых известных экспонатов этой
сокровищницы часто подходят любопытные посетители. Этот экспонат —
деревянная фигура мавра (высотой 63 см), держащего в руках поднос из
черепахового панциря, на котором лежат зеленые изумруды. Посетитель
"Грюне Гевельбе" остановится и перед витриной, где лежит изумрудный гарни-
108

Луи Никола Воклен
тур саксонского курфюрста Августа П.
В этом гарнитуре есть золотая
табакерка, украшенная изумрудами, три
больших изумруда размером по пол-яйца
каждый и прочая изумрудная "мелочь".
Хранятся в этом з^икальном собрании
и драгоценные аквамарины. Все эти
баснословно дорогие камни, если
рассматривать их трезвыми глазами
химика, есть не что иное, как окрашенные
разновидности бериллия — силикатного
алюминиево-бериллового минерала. Его
формула 3 ВеО -AI2O3 6Si02 или
ВезА12 [SifiOis].
Хотя эти драгоценные камни были
известны еще в древности, никто даже
приблизительно не знал, из чего они
состоят. Много было попыток
определить их состав. Первый серьезный импульс к научному исследованию
берилла и изумруда исходил от французского минералога Рене Жюста Аюи
(1743—1822 гг.), который провел обширные исследования симметрии
кристаллов, ставшие основой современной кристаллографии. Аюи обратил
внимание на большое сходство между бериллами из Лиможа (Франция) и
перуанскими изумрудами. По форме кристаллов, твердости и плотности
оба минерала были одинаковыми. Тогда Аюи обратился с просьбой к
химику Луи Никола Воклену (1763-1829 гг.) сделать анализ обоих минералов.
Это было в 1797 г. Воклен преподавал тогда в Парижской горной школе и
одновременно в Политехнической школе. Жизнь Воклена заслуживает
подробного рассказа. В 13 лет он начал работать учеником аптекаря в
Руане, но в скором времени перебрался в Париж. Знакомый аптекарь
устроил бедного юношу слз^ой к известному химику Антуану Франсуа Фурк-
руа (1755—1809 гг.), который быстро заметил большой интерес Воклена к
химии. Фуркруа взял молодого Воклена в ученики. Девять лет проработал
Воклен у Фуркруа, став в последние годы сотрудником известного химика.
Они провели вместе более 50 исследований.
Получив от Аюи берилл, Воклен приступил к его анализу. Вначале он
сплавил минерал с содой. Эта простейшая реакция, применяемая в химии
силикатов довольно часто, протекала следующим образом:
ЗВеОА12 0з -68102+6Na2C03= ЗВеО • А1 2О3 + 6Ка2 810з +6СО2.
Затем был разложен и алюминат бериллия, причем алюминий перешел в
алюминат натрия. После отделения силикатов из застывшего расплава
кислотой Воклену удалось разделить бериллий и алюминий. В частности, он
отметил, 40 гидроокись бериллия в отличие от гидроокиси алюминия
растворяется в растворе карбоната аммония. Кр01ле того, он отметил, что соли
бериллия имеют сладкий вкус. Это и сыграло роль при "крещении" нового
элемента. По предложению издателя химического журнала, в котором Вок-
109

лен опубликовал сообщение о своем
открытии, он назвал "берилловую
землю" (имеется в виду окись
бериллия ВеО) за сладкий вкус глицинием
(от греческого "гликос" — сладкий).
Во французской литератзфе элемент
называется так до настоящего
времени. Название "бериллий"
предложил немецкий химик М. Клапрот,
указав, что соли иттрия тоже имеют
сладкий вкус.
В 1828 г. Ф. Вёлер и французский
химик А.-А.-Б. Бюсси независимо
друг от друга получили
металлический бериллий восстановлением
хлорида бериллия калием:
BeCl2+ 2К = Ве + 2КС1.
Это тот же метод, который
незадолго до этого успешно применил
Велер для получения металлического
алюминия. Через три года Бюсси тем
же методом получил в значителы1ых
количествах металлический магний.
Но прошло еще 70 лет, прежде
чем французский химик П. Лебо
впервые сумел получить металлический
бериллий электролизом. Он
электролитически разлагал расплавленную
смесь фторида бериллия с фторидом
натрия или калия и получал
шестиугольные пластинки бериллия
чистотой 99,7 %.
Первую промьшшенную технологию экономичного производства
бериллия разработали немецкие химики А.Э.Шток и Г.Гольдшмидт после 1920 г.
Они подвергали электролизу оксид-фторид бериллия 2ВеО-5Вер2 в смеси с
фторидом бария при температурах выше температуры плавления бериллия
(1285°С). Но внедрить этот способ не удалось из-за трудностей, связанных
с высокотемпературным электролизом. Поэтому была разработана
технология электролиза расплавленного хлорида бериллия (смеси 50-60 %
безводного хлорида бериллия и 50--40 % хлорида натрия); этот процесс можно
проводить при значительно более низких температурах. Кроме того,
появился способ восстановления фторида бериллия магнием при высоких
температурах в высокочастотной печи по реакции
Вер2 + Mg = Be + MgFj.
Хотя в свое время способом Штока можно было получать слитки
бериллия в больших количествах, до начала 40-х годов спрос на этот металл был
ПО
Мавр с изумрудами из
сокровищницы ГДР. Деревянная скульптура
Б. Пермозера, ювелир Й.М. Динглин-
гер

незначительным. Ситуация резко изменилась, когда выяснилось, что
бериллий обладает очень ценными ядерными и механическими свойствами. В
частности, вследствие малого эффективного поперечного сечения захвата
нейтронов он пригоден в качестве оболочки для топливных стержней
ядерных реакторов с газовым охлаждением. Именно поэтому бериллий стал
стратегическим металлом. Его производство в ряде стран, например в СССР
и США, резко возросло. Так, в 1959 г. в США было обогащено 7500 т
берилла — сырья для получения металлического бериллия. Некоторые
государства ограничивают или вовсе запрещают вывоз бериллия и его руд (например,
Индия и ЮАР).
Благодаря относительно малой атомной массе бериллий можно
использовать в качестве замедлителя образующихся при расщеплении атомного
ядра нейтронов. Пройдя через бериллий, быстрые нейтроны теряют
скорость и становятся тепловыми (скорость порядка 2000 м/с), что
обеспечивает расщепление соседних ядер атомов урана.
Чтобы предотвратить потерю некоторой части выделяющихся при
ядерной реакции нейтронов, их требуется отразить и вернуть в активную зону
реактора. Для этой цели также служит бериллий.
Несмотря на указанные свойства бериллия, применение его в ядерных
реакторах пока проблематично, так как еще не разработан экономичный
способ его производства с чистотой, пригодной для ядерных целей. В то
же время для реактора мощностью 100 тыс,кВт на обогащенном уране
требуется 100 т бериллия.
Хотя довольно много говорят о промышленном применении бериллия в
ядерной технике, у этого металла есть и другие поля деятельности. В
настоящее время основная часть производимого бериллия идет на изготовление
сплавов, в первую очередь меднобериллиевых (так называемых бериллие-
вых бронз). Добавка 2—3 % бериллия к меди повышает ее твердость в пять
раз, а предел текучести - в семь. Сплав меди с 6-7 % бериллия обладает
твердостью закаленной стали.
Если бы бериллий не был хрупким, то его исключительно малая
плотность (1,85 г/см^) и относительно высокая прочность обеспечили бы ему
место в ряду материалов для авиастроения.
Среди соединений бериллия важное место занимают его окись и карбид.
Очень высока их стойкость при высоких температурах. Тигли из ВеО
можно применять в условиях глубокого вакуума при температурах до ЮООРС.
Окись бериллия должна хорошо служить и в камерах сгорания ракет. Бе
используют как конструкционный материал, замедлитель и отражатель в
ядерных реакторах. То же относится и к карбиду бериллия.
Каковы перспективы применения бериллия? Ответ на этот вопрос
определяется прежде всего ценой металла. Разумеется, при производстве
металлического бериллия в больших колз^чествах его стоимость снизится. Но
нужно помнить, что бериллий - токсичный металл. При этом опасен не
контакт с твердым бериллием, а вдыхание его мелких частиц, так как они
могут привести к резкому нарушению дыхания и в конечном счете к
заболеванию легких. Известно также вызываемое бериллием хроническое
заболевание легких — бериллиоз; эта болезнь зачастую появляется у человека
после нескольких лет контакта с бериллием. Меры безопасности при работе
111

с бериллием обеспечить трудно: бериллий очень хрупок, поэтому в цехе
образуется много бериллиевой пыли.
Все это ставит перед металлургами и медиками важные задачи. Но ясно
одно: лучшая роль бериллия еще впереди.
ГОДОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО Галлий в природе распространен широ-
90 КГ (ГАЛЛИЙ) КО, НО В очень малых концентрациях.
Считают, что концентрация галлия в
земной коре составляет 5*1 (Г* %. К чистым минералам галлия относится
только галлит СиСаЗг * открытый всего несколько лет назад на
южноафриканских шахтах. В германите, сернистой германиевой руде, наряду с медью,
цинком, свинцом, железом, мышьяком и другими элементами, содержится
и 0,5—0,8 % галлия. Поскольку ионные радиусы алюминия и галлия очень
близки, в алюминийсодержащих минералах этот металл часто замещается
галлием. Интересно, что галлий встречается в каменном угле некоторых
сортов. Например, в золе североанглийского угля содержание галлия
достигает 0,75 %.
Галлий был открыт в цинковой обманке из Пиренеев французским
химиком Полем-Эмилем Лекок деБуабодраном в 1875 г. Этот ученый
окончил Политехническз^ю школу в Париже, получив прекрасные знания,
особенно в области физики и химии. С финансовой помощью своего дяди он
смог открыть небольшую частную лабораторию. Долгое время Буабодран
занимался спектральным анализом. Он хотел использовать свои обширные
знания и талант экспериментатора для поиска еще не известных элементов.
Внимание французского химика привлек промежуток в периодической
системе между алюминием и индием. Бму бросился в глаза разрыв в
некоторых периодических особенностях спектров этих элементов. Значит,
между ними должен быть новый элемент!
Для исследований Буабодран выбрал цинковую обманку с шахты Пьер-
фит в Пиренеях. В начале 1874 г. он начал работу,и через год у него бьша
твердая уверенность, что он напал на след. Из кислотного раствора
сплавленной с содой руды он отобрал на цинковз^ю пластинку немного осадка и
нагрел его в спектроскопе. В спектре оказались две линии, которые не
могли принадлежать ни одному из известных элементов.
Открытие Буабодрана еще раз подтвердило целесообразность
применения изобретенного за 15 лет до этого Густавом Робертом Кирхгофом и
Робертом Вильгельмом Бунзеном метода спектрального анализа. Благодаря
этому же методу бьши открыты таллий в 1861 г. и индий в 1863 г. Новый
элемент Буабодран назвал галлием по названию своей родины Франции.
После этого Буабодран начал интенсивнз^ю работу, целью которой было
выделение значительного количества металлического галлия; ведь на
цинковый лист ему удалось осадить лишь мизерную щепотку материала.
Он переработал несколько сот килограммов галлийсодержащей цинковой
обманки. К концу 1875 г. ему удалось электролизом щелочного раствора
гидроокиси галлия выделить около грамма этого металла. Пробу галлия он
представил французской Академии наук 6 декабря 1875 г. Несколько
позже Буабодрану и его помощнику Юнгфляйшу удалось получить 75 г галлия,
для чего пришлось переработать около четырех тонн цинковой обманки.
112

Только теперь появилась возможность провести подробное исследование
физических и химических свойств нового металла.
ЭКЛ-АЛЮМИНИЙ Открытие галлия подтвердило
предвидение Д.И.Менделеева, предсказавшего
за пять лет до этого существование металла, который был назван им эка-
алюминием. Ведь еще в представленной Менделеевым Русскому
химическому обществу в декабре 1870 г. работе "Естественная система элементов
и применение ее к указанию свойств неоткрытых элементов" великий
химик указывал на отсутствие большого числа аналогов бора и алюминия, т.е.
элементов, принадлежащих в III группе периодической системы, и
предсказывал важнейшие свойства этих аналогов. Наряду с эка-бором (скандий,
открыт в 1879 г.) и эка-силищ1ем (германий, открыт в 1886 г.), к этим
аналогам относился и эка-алюминий. Предсказанные Менделеевым
свойства галлия и его соединений прекрасно совпадали с данными, полученными
Лекок де Буабодраном. Впрочем, это относится в такой же мере и к двум
другим 5шомянутым элементам.
ГАЛЛИЙ - МЕТАЛЛ С
БОЛЬШИМ БУДУЩИМ?
Галлий — блестящий белый мягкий и
пластичный металл, плавящийся при
29,78°С (иными словами, он плавится
на ладони). Температура кипения его 23(Ю°С.
1Сак мы уже говорили, собственно галлиевых руд, пригодных для
производства этого металла, в природе не встречается; галлиевые концентраты
получают из других материалов. Так, разработаны способы извлечения
галлия из цинковой обманки и золы угля. Однако эти способы, как правило,
очень дороги. Известно, что алюминий в своих минералах, например в
бокситах, часто соседствует с галлием, поэтому при производстве алюминия
появляется возможность получения галлия. Интерес представляет
получение галлия в виде побочного продукта при производстве чистого
алюминия (99,99 %) путем трехслойного, электролитического рафинирования.
Анодная часть при этом процессе обогащается примесями, в частности
галлием. В зависимости от исходного содержания галлия в бокситах анодный
слой может содержать 1—4 кг галлия на тонну массы. Бели правильно
подобрать процессы растворения,
применить фракционную
кристаллизацию и т.д., то можно отделить
галлий от алюминия и других
элементов.
Первоначально галлий
использовали в термометрах для
измерения высоких температур.
Однако в последние годы для этого
элемента открьшись новые
области применения. Высокая*
смачиваемость и хорошая
отражательная способность галлия делают
8 Библиотечная книга
Галдий плавится от тепла человеческой руки
113

его пригодным для производства оптических зеркал. Галлий можно
использовать вместо токсичной ртути в качестве затворной жидкости при
измерениях объемов газа в условиях высокой температуры. Кроме того,
вследствие низкой температуры плавления галлий пригоден для
использования в автоматических противопожарных устройствах. С некоторыми
металлами галлий образует легкоплавкие сплавы. Так, сплав из 62 %
галлия, 25 % индия и 13 % олова плавится при температуре 5°С.
Однако количество галлия, требуемого для всех этих целей, невелико,
поэтому спрос на него измеряется килограммами. Пока производство
галлия в отдельных странах не приобрело большого размаха. В Германии в
1939 г. было произведено 50 кг галлия из медистых сланцев Мансфельдско-
го месторождения. В США в 1951 г. было получено не более 90 кг галлия.
ГДР также производит галлий. С 1961 г. страна покрывает свою
потребность в этом металле за счет собственных ресурсов.
Существенное расширение производства галлия могло бы произойти в
некоторых странах в случае разработки сплавов, устойчивых к действию
галлия при повышенных температурах. Ведь галлий остается жидким в
очень большом интервале температур, а кроме того, он мало испаряется
даже при высоких температурах. Эти свойства делают галлий идеальным
охладителем для ядерных реакторов. Однако и здесь у галлия есть
недостатки. Во-первых, он по сравнению с натрием, также применяемым для этой
цели, поглощает больше нейтронов, что может привести к затуханию
ядерной реакции. Во-вторых, галлий легко сплавляется с различными
металлами, что затрудняет подбор материала для трз^, по которым будет
циркулировать этот охладитель.
Галлий приобрел большое значение в области полупроводниковой
техники. Сверхчистый галлий (не менее 99,999%) применяют как легирующую
добавку к германию и кремнию для улучшения их ползшроводниковых
свойств. Галлий "участвует" в создании так называемых гетерпереходов,
обеспечивающих высокие характеристики полупроводниковых приборов.
Некоторые соединения галлия сами являются ползшроводниками — это
фосфид галлия GaP, арсенид галлия GaAs и антимонид галлия GaSb. Арсе-
нид галлия пригоден также для солнечных батарей, которые могут
превращать световые лучи в электрическз^ю энергию. Поэтому галлий может
представить большой интерес для космических исследований. Итак, рассмотрев
все эти области применения, мы вправе сделать вывод, что галлий может
смело смотреть в будущее.
ПРИКЛЮ ЧЕНИЯ ПЕСКА
(кремний, бор, титан, цирконий, гафний)
"ФТОРОКРЕМНЕВЫйГАЗ" Кремний - второй после кислорода
ИКРЕМЕНЬ по распространенности в земной коре
элемент. Кора нашей планеты на 90 %
состоит из силикатов и ЗЮг (кремнезема). Не удивительно, что около
четверти всех известных минералов представляют собой силикаты. Не
связанный в соединения кремнезем в форме кварца входит, например, в
состав таких пород, как гранит и некоторые дрз^ие. Наряду с силикатными
114

материалами кварц еще в древности использовали для изготовления стекла.
Искусство стеклоделов достигло больших высот в Египте, Сирии, Финикии
и Причерноморье еще две-три тысячи лет назад. Но только к ХУП веку
постепенно утвердилось мнение, что в материалах, пригодных для
изготовления стекла, должно содержаться некое особое вещество. И прошло еще
несколько десятилетий, пока ученые не натолкнулись случайно на это
вещество.
В своей работе "Исследование плавикового шпата и его кислоты" Шееле
в 1771 г. вместе с плавиковой кислотой HF неизбежно получал и тетрафто-
рид кремния 81р4:ведь свои реакции он проводил в стеклянной посуде.
В приемнике газ разлагался под действием воды с образованием кремне-
фтористой кислоты и кремнезема:
3SiF4+2H20 = Si02l + 2H2SiF6.
Многие исследователи пробовали разложить "фторокремневый газ",
как называл его Берцелиус, на составные части. Гей-Люссак и Тенар в
1811 г., нагрев тетрафторид ^ . -
' ^ г *г г "^ Средневековая обжиговая и плавильная печь
(из книги Г. Агриколы "Царствометаллов**),
В таких печах в основном обжигали
гончарные изделия. Сырьем, как и в наше время,
была гончарная глина с примесями окиси
железа, известняка и других минералов
Кремния с калием, получили
красноватобурый порошок.
Вероятно, это был аморфный
кремний, сильно загрязненный фто-
росиликатом калия и фторидом
калия:
SiF4 + 4К = Si + 4KF
SiF4 + 2KF = KjSiFe
2SiF4 + 4К = Si + 2KF + KjSiFe .
В 1824 г. Берцелиус повторил
этот опыт и пртшел к тем же
результатам, что и французские
ЗД1еные. Правда, он промыл
продукт реакции водой и удалил
из него фторид калия и даже
труднорастворимый кремнефто-
ристый калий. В результате ему
удалось получить довольно
большое количество чистого
кремния. Берцелиус определил, что на
воздухе кремний сгорает с
образованием кремнезема, и поэтому
назвал новый элемент кремнием
("кизель" на языках германской
группы). Название "силициум"
(от латинского "силекс" —
кремень) было дано кремнию позже.
Берцелиус получал кремний
также путем восстановления тет-
тахлорида кремния калием. В
8=^
115

1865 г. этот метод был усовершенствован русским химиком Н.Н.
Бекетовым, который в качестве восстановителя использовал пары цинка.
Реакция протекает следующим образом:
SiCU + 2Zn - Si + 2ZnCl2.
Этот способ применяется и сейчас для полз^ения кремния высокой
чистоты.
Были другие пути выделения кремния. Дэви пытался (правда,
безуспешно) разложить кремнезем электрическим током. Восстановление
нагретого кремнезема парами калия тоже не привело к успеху.
Крупнокристаллический кремний удалось получить только в 1854 году Сент-Клер
Девилю при электролизе кремнезвмсодержащего расплава натрийалюмини-
евого хлорида. Полученный при электролизе алюминий содержал
некоторое количество кремния, который после растворения в соляной кислоте
выпадал в осадок в форме кристаллов. Та же идея лежит в основе метода,
предложенного Вёлером, который в 1855 г. сплавил технически чистый
алюминий с фторосиликатом калия и натрием, получив при этом
загрязненный кремнием алюминий. После растворения алюминия в серной
кислоте в растворе оставался кремний в виде чешуек типа графитовых.
Кремнийсодержащее железо, так называемый ферросилиций, было
получено впервые Берцелиусом после нагрева смеси кварцевого песка,
железной стружки и кокса до температуры плавления железа. Однако
промышленное производство ферросилиция, этого важнейшего раскислителя в
сталеплавильном процессе, началось только на рубеже XIX—XX векой.
За несколько лет до этого американец Ачесон разработал технически
приемлемый способ производства карбида кремния SiC. При электролизе
расплавленной смеси глины и кокса он обнаружил на угольных электродах
наросты кристаллов исключительно высокой твердости и сразу понял, что
эти кристаллы можно использовать в качестве абразивных материалов.
Впоследствии карбид кремния нашел и другие области применения.
Высокая термостойкость обеспечила ему успешное использование для
производства огнеупоров. Черные блестящие кристаллы карбида кремния
обладают высоким электрическим сопротивлением, поэтому их часто
используют в схемах в качестве сопротивлений и для изготовления нагревательных
элементов печей сопротивления.
Но ишрокое применение кремния в
технике не ограничивается
разнообразными сплавами и карбидом. Огромное
значение имеют многочисленные
керамические и прочие изделия, в которые
кремний входит в качестве компонента.
Это фарфор, эмаль, стекло, цемент,
жидкое стекло, силиконы и т.д. И наконец,
чистый кремний широко применяется
как полупроводник в вьшрямителях
переменного тока, транзисторах,
фотоэлементах и прочих устройствах. Это
перечисление отнюдь не исчерпывает все
116

области использования кремния и его соединений. Но и эти примеры
достаточно нагаядно показывают, сколь велико значение этого элемента,
попадающегося нам на каждом шагу в виде практически неисчерпаемых
запасов песка.
АЛЬ'КАЙЯ, РАДИКАЛ БОРЕ Когда мы рассмотрим историю откры-
ИЛИБОРАЦИУМ (БОР) тия элемента бора, мы встретимся с
теми же учеными, которые много
занимались выделением кремния.
Бор в виде элемента был получен лишь в начале XIX века, но одно из
его важнейших соединений - бура (Na2B407) — бьшо известно арабским
алхимикам еще во времена раннего средневековья. Правда, тогда они еще
не отличали буру от таких веществ, как сода и поташ; все эти вещества они
называли "аль-кайя" (отсюда произошли имеющееся во многих
европейских языках названия "алкали" - щелочь"). Буру получали в
Центральной Азии из соли тамошних озер и под названием "тинкаль" вывозили в
Европу.
В популярном в XIII веке в Европе труде, приписываемом алхимику
Геберу "Учение о высоком искусстве облагораживания металлов", бьшо
описано применение буры в качестве плавня, т.е. для упрощения
плавления материалов. Естествоиспытатель и врач Вильгельм Гомберг, нагревая
буру с железным купоросом, получил в 1702 г. борную кислоту (реакщ1я
шла в кислом растворе):
В40^- + 21Г +5Н2О = 4НзВОз.
Вскоре борная кислота нашла применение в медищ1не в качестве
успокаивающего средства. В 1748 г. французский химик Энувиль (1715—
1768 гг.) получил буру из борной кислоты и соды. Так выявилась связь
между двумя наиболее распространенными соединениями бора.
Получение натрия и калия электролизом, проведенное Дэви в 1807 г.,
и известное восстановительное действие этих элементов побудили
различных химиков попытаться выделить "металл", лежащий в основе
соединений бора. Первыми это сделали Тенар и Гей-Люссак в 1808 г. Мы уже
писали, что сразу после Дэви эти два французских химика научились
производить натрий и калий более дешевым способом и в больших количествах
путем прокаливания щелочей с железными опилками и углем. Таким
способом им удалось полз^ить достаточное количество восстановителей.
Нагревая "стекловидную" борную кислоту в медной трубке вместе с
калием, Тенар и Гей-Люссак получили оливково-серый порошок, который они
считали смесью калия, бората калия и "радикала" борной кислоты (под
этим подразумевался бор). При обработке водой сопутствующие
продукты были отделены, за новым радикалом закрепилось название "боре". Он
оказался весьма склонным к окислению. В результате плавки "боре" с
нитратом или хлоратом калия при нагреве его на воздухе или при
упаривании его раствора в азотной кислоте снова образовывалась борная
кислота.
И Дэви при своих электрохимических опытах встретился с бором. Еще
в 1807 г. при электролизе расплавленной борной кислоты он наблюдал
117

Бор
Г7^ Кислород
Металл
выделение некоего горючего вещества
на катоде, но не придал этому
значения. В следующем году Дэви, как и
французским химикам, удалось вьще-
лить из борной кислоты путем ее
восстановления "радикал", который
Дэви назвал "борациум".
Восстанавливал он борную кислоту калием.
Как и французы. Дэви получил
порошок.
Совместная попытка выделения
кристаллического бора была
предпринята Сент-Ютер Дэвилем и Вё'лером в
1856 г. в Геттингене. Они
действовали, как в случае получения
кристаллического кремния: расплавленную
трехокись бора В2О3 или порошок
аморфного бора нагревали с
алюминием в течение нескольких часов в
тигле. Образовавшиеся корольки об-
рабатьшали кислотой. Алюминий
растворялся, а оставались графитоподоб-
ные чешуйки и очень твердые
блестящие кристаллы от черного до
светло-коричневого цвета. Сначала
появлялись чешуйки, а затем алмазопо-
добные кристаллы бора. Однако
впоследствии выяснилось, что оба эти
вещества — чистые или углеродсодержа-
щие бориды алюминия (AIB2, AIB12
и 3 AlBi2 • 2 В4О). Чистый
кристаллический бор бьш получен только в
1909 г. американцем Вейнтраубом
путем восстановления хлорида бора
ВС1з водородом в электрической дуге
высого напряжения:
2ВС1з+ЗН2 - 2В + 6НС1.
Наиболее экономичный способ
производства бора в наше время — это
электролиз расплава тетрафторбората
Бор
Металл
118

калия КВр4 в расплавленном хлористом калии с добавкой B2Q3 или без
нее. Аморфный бор в наше время получают восстановлением трехокиси
бора порошком магния:
Вз Оз + 3Mg = 2В + 3MgO.
Чистота такого бора составляет 99,6 %.
Значение бора в современной технике постоянно растет. Малое
сечение захвата нейтронов у изотопа бора с атомной массой 10 делает его в
элементарном состоянии или в виде соединений (Нз ВОз, BF з, В4 С) хоро-
ншм материалом для регулирующих, аварийных и экранирующих стержней
ядерных реакторов. Бор — прекрасный раскислитель при производстве
многих сплавов цветных металлов. Сплав железа с бором (ферробор)
играет большую роль в черной металлургии. Бориды многих металлов
имеют хорошую термостойкость и устойчивость против коррозии;
поэтому их используют в авиастроении и космической технике; методами
порошковой металлургии из них получают детали сопел ракет. Карбид
бора — самое твердое вещество после алмаза. Его используют для
изготовления абразивного инструмента. Из многочисленных соединений бора
следует отметить бораты (соли борной кислоты), применяемые при
нанесении глазури на керамические изделия, для умягчения моющих средств,
производства термостойких стекол и т.д.*
ПЕРВЫЕ ДЕТИ ЗЕМЛИ В истории химических элементов много
(ТИТАН) случаев "двойных открытий". Это
обусловлено рядом причин. Во-первых,
научная литература в прежние столетия распространялась не так быстро,
чтобы все заинтересованные ученые сразу узнавали о новых открытиях. Во-
вторых, характеристика открытых веществ бьша настолько неполной, а
часто даже и неточной, что не всегда можно бьшо сравнить опубликованные
данные с результатами собственных опытов. А в-третьих, некоторые ученые
годами вообще не публиковали результаты своих трудов, например Кавен-
диш, публикащш о некоторых работах которого появились только после
его смерти.
Титан тоже бьш элементом, который (в виде двуокиси) открыли
дважды. В 1791 г. в немецком химическом журнале, издаваемом Креллем,
появилась статья английского химика Вильяма Грегора под названием
"Наблюдения и опыты над менаканитом, магнитным песком из Корнуэльса". В.Гре-
гор (1761—1817 гг.) бьш священником, но очень много занимался наукой,
в основном минералогией. В 1791 г. в корнуэльских железистых песках,
состоящих в основном из минерала менаканита (сейчас его называют
ильменитом РеТ10з), он нашел окись нового металла. Название менаканит
происходило от церковного прихода Менакан в Корнуэльсе; Грегор
новому элементу дал имя менакин.
* Авторы не упомянули о нитриде бора BN, кубическая модификация которого
носит название боразон. Это соединение по твердости не уступает алмазу и
используется как сверхтвердый материал. Прим.перев.
119

Мартин Генрих Клапрот
Несколькими годами позже этот же
окисел открыл немецкий з^еный
Мартин Генрих Клапрот (1743—1817 гг.).
Свою деятельность он начал учеником
аптекаря в Кведпинбурге, затем стал
помощником аптекаря в Ганновере.
С 1771 г. Клапрот работал в одной из
берлинских аптек, а затем приобрел
собственную аптеку и посвятил себя
занятиям химией, особенно
качественному анализу минералов. Его имя
связано с открытием урана,
циркония, церия, титана, стронция и
теллура. С 1787 г. Клапрот читал курс
химии в Королевском корпусе полевой
артиллерии, а с 1791 г. - в
Артиллерийской академии. В 1810 г. он стал
первым профессором химии в
Берлинском )шиверситете.
Исследуя в 1795 г. "венгерские красные шерлы" (так называют
турмалины), Клапрот обнаружил белую "землю" и понял, что перед ним окисел
неизвестного металла. Новое вещество вело себя "нормально", т.е. не
обладало никакими характерными особенностями. Поэтому найти имя этому
элементу было непросто. Тогда Клапрот решил "выбрать такое название,
которое само по себе ничего не говорило бы и не давало бы,
следовательно, повода к неправильным пониманиям". Клапрот продолжал: "Таким
образом, я захотел дать этому металлическому веществу имя, как и в случае
урана, из мифологии и назвал его по имени титанов — первых сыновей
Земли". Так появился элемент титан.
Вскоре после своего открытия Клапрот понял, что выделенный из мена-
канита Грегором окисел идентичен окислу, полученному им самим из
"шерла" (рутила). Клапрот сразу же признал приоритет англичанина.
В последующие десятилетия многие химики занимались соединениями
титана. В 1826 г. Ф.Вёлер исследовал кубические кристаллы минерала из
Норвегии. Кроме извести и "цериевой земли", окислов железа и урана, он
содержал относительно большое количество двуокиси титана. Вёлер
назвал этот минерал "пирохлором". (Спустя тринаддать лет пирохлор сыграл
большую роль при открытии ниобия.) В 1822 г. англичанин Волластон
(1766—1828 гг.) обнаружил в доменном шлаке выглядевший как металл
"углеродо-азотистый титан" (TilOC2N8 = Ti(CN)2-3Ti3N2) и принял его
за чистый титан. Это мнение разделяли многие химики, в числе которых
был даже Берцелиус. Только в 1849 г. Вёлер доказал, что медно-красные
"доменные кубики" содержат наряду с титаном углерод и азот.
Металлический титан впервые получил Берцелиус в 1825 г.,
восстанавливая калием фтортитанат калия К2Т1Кб. Правда, полученный металл бьш
сильно загрязнен. Титан чистотой 95 % бьш получен в 1887 г. шведскими
химиками Л.Ф.Нильсоном и С.О.Петерсоном путем восстановления четы-
реххлористого титана натрием в герметично закрытом стальном цилиндре.
120

Американец М.А. Хантер
усовершенствовал способ и в 1910 г. получил титан
чистотой 99,9 %. Этот металл уже
можно было прокатьгаать в горячем
состоянии.
Дальнейшим снижением содержания
примесей в титане занимались
голландские ученые А. ван Аркел и Т. де Бур,
применившие в 1925 г. метод,
основанный на "химической транспортировке"
летучих соединений с их последующим
разложением (в данном случае таким
соединением стал йодид титана)*.
Сейчас титан обычно получают
восстановлением хлорида титана TiCl4 магнием
при 800—950° в атмосфере защитного
газа аргона или гелия (способ
Кролля):
TiCU + 2Mg = Ti + 2MgCl2.
Гораздо более загрязненный
примесями титан образуется при
восстановлении двуокиси титана гидридом
кальция:
ТЮг + 2СаН2 = Ti + 2СаО + 2Н2.
Применяемый для легирования стали
ферротитан содержит 10—40 % титана.
Его получают путем восстановления
чистой двуокиси титана,
железо-титановой руды и титаната кальция СаТЮз
алюминием.
Титан относится к металлам,
которые "делают карьеру" в последние
десятилетия (способ Кролля, о котором
говорилось выше, был разработан
Получение титана из газовой фазы
по способу ван Аркеда и де Бура
(лабораторный агрегат) :
J - вольфрамовые электроды; 2 ~
неочищенный металлический титан;
3 ~ образование четырехйодистого
титана по реакции Ti (те) ■*■ 2 I ^ =
= Ти^ (газ): 4 - транспорт
газообразного Til^; 5 - термическое
разложение газообразного ТИ^ с
образованием твердого титана; б - твердый
иод; 7 - газообразный иод; 8 -
молибденовая сетка; 9 ~ нить
накаливания
только в 1937 г.). В последние годы этот элемент привлекает внимание
широких кругов ученых, особенно когда выяснилось, что в камнях,
доставленных с Луны, содержится довольно много титана (около 10 % FeTiOa,
т.е. в виде ильменита). Кроме ильменита, в состав лунных пород входят
породообразующие аугиты и полевые шпаты. Относительно велико в лунных
породах содержание хрома, иттрия и циркония, редко встречаются
соединения свинца и висмута и почти отсутствуют золото, серебро и платина. Но
вернемся к титану. Он становится важным конструкционным материалом.
Его влияние на современную технику настолько же велико, насколько в
* Металлический титан высокой чистоты был получен еще в 1875 г. русским
химиком Д.К.Кирилловым. Но его брошюра "Исследования над титаном" не получила
широкого распространения. Прим,перев.
121

свое время было велико
влияние коррозионностойких сталей
и алюминия. Титан в
значительных количествах используют в
авиастроении и ракетной
технике, так как он устойчив к
коррозии и сохраняет прочность при
высоких и низких температурах.
Большой спрос на титан в
химическом машиностроении,
поскольку этот металл устойчив во
многих химически агрессивных
средах. Ферротитан —
прекрасный раскислитель и нитридооб-
разователь в черной
металлургии. Широкое применение находят сплавы цветных металлов с
титаном : они могут служить конструкционными материалами или
защищать металл от коррозии. Из технически важных соединений титана
следует упомянуть о двуокиси титана. В наше время из нее делают самые
лучшие белила, обладающие высокой кроющей способностью и лучшим
цветом по сравнению с белилами на основе цинка и свинца. О расширении
применения титана говорят и следующие цифры. Если в 1920 г. мировое
производство титана (без СССР) бьшо около 1000 т, то в 1940 г. оно
достигла 100 тыс. т, а в 1957 г. - уже 800 тыс.т.
Титановая губка
ВСЕГДА ВМЕСТЕ Цирконий — дитя атомного века. Его
(ЦИРКОНИЙ И ГАФНИЙ) высокая коррозионная стойкость по
отношению ко многим веществам,
хорошие теплопроводность и деформируемость, а также малое сечение
захвата тепловых нейтронов сделали этот элемент незаменимым в атомной
технике. Сегодня цирконий можно считать классическим материалом для
ядерных реакторов.
Цирконий открьш (в виде окисла Zr02) уже упоминавшийся химик и
аптекарь М.Клапрот в 1789 г. В том же году Клапрот открьш и уран.
Исследуя привезенный с Цейлона драгоценный камень под названием "царгун",
он выделил новый окисел, который назвал "цирконовой землей"
(название связано с минералом цирконом; к минералам этого типа относился
и "царгун'\ имеющий cqлoмeннo-жeлтый цвет, но бывающий и бесцветным)'.
Открытие Клапрота явилось результатом его великолепного искусства
аналитика. Анализом циркона занимались несколько химиков до Клапрота,
но нового металла ни один из них не обнаружил. Несколькими годами
позже Клапрот нашел "цирконовую землю" и в драгоценном камне гиацинте
(это тоже разновидность циркона — силикат циркония ZrSi04).
Металлический цирконий впервые получил Берцелиус в 1824 г. в виде
черного порошка при нагревании фторцирконата калия с калием. Металл
был очень загрязнен, в основном окисью циркония Zr02 •
Содержание примесей в цирконии снижают практически теми же
методами, что и в титане. Уже в 1914 г, удалось получить относительно чистый
122

цирконий путем нагрева тетрахлорида циркония ZrCU с очень чистым
натрием в стальной бомбе. Цирконий наивысшей чистоты разложения
получили ван Аркел, де Бур и Фаст в 1925—1926 гг. путем термического
разложения йодида циркония ZtI^, Этот йодидный метод нашел применение и в
промышленности. Для получения циркония из его соединений могут быть
использованы еще три способа: восстановление четыреххлористого
циркония магнием или натрием (способ Кролля); электролиз расплавленной
смеси фторцирконата калия К22гРб с хлористым натрием NaCl;
восстановление фторцирконата калия натрием (метод Берцелиуса).
Однако в технологии получения циркония есть еще один неизбежный и
сложный этап — отделение циркония от его постоянного спутника гафния.
Вследствие большого поперечного сечения захвата нейтронов гафний, даже
если его примесь в цирконии ничтожна, резко ухудшает необходимые
атомщикам свойства циркония. И в то же время ионные радиусы гафния и
циркония примерно одинаковы, а это очень затрудняет их разделение. Сейчас
проблема отделения гафния от циркония — одна из важнейших в развитии
ядерной техники. Для такого разделения используют различие
растворимости, температур кипения, коэффициентов распределения и других
характеристик соединенцй гафния и циркония. Таким способом путем
многократной очистки удается получить чистые соединения циркония
и гафния.
Гафний — элемент N** 72 — бьш открыт в 1922 г. венгерским физико-
химиком Дьёрдем Хевеши (1885—1966 гг.) и голландцем Дирком Косте-
ром ( род. 1889 г.), но это открытие бьшо подготовлено развитием
теоретической физики того времени. Незадолго до начала первой мировой войны
молодой английский химик Мозли опубликовал несколько работ, в
которых показывалась закономерная взаимосвязь между атомным числом
элемента и его рентгеновским спектром. Закон Мозли позволил точно
предсказать число еще не известных элементов периодической системы. У
одного из-них должен был быть атомный номер 72. Но в каком же из известных
в то время минералов следовало искать этот элемент? Французский химик
Жорж Урбен (1872-1938 гг.), который в 1905-1907 гг. открьш лютеций,
считал, что он спектральным анализом обнаружил новый элемент в
растворимых фракциях лютеция. Тогда он назвал его кельтием. Но
разразившаяся первая мировая война надолго прервала его работы. Только в 1922 г.
Урбен вернулся к своему кельтию.
Но примерно в это время Нильс Бор опубликовал свою интерпретацию
периодической системы элементов на базе квантовой теории строения
атома. Из его работ следовало, что элемент N** 72 не принадлежит к группе
редкоземельных металлов, а должен быть гомологом циркония. Таким
образом, следы нового элемента могли оказаться в циркониевых минералах.
Считалось, что элемент N** 72 может иметься лишь в очень малых
количествах, поэтому на его поиски бьши направлены самые чувствительные методы
анализа. Для этих целей как нельзя лучше подходила рентгеновская
спектроскопия. Бор дал задание Хевеши и Костеру, работавишм тогда в его
институте в Копенгагене, поискать элемент N** 72 в норвежском цирконе.
Предположение Бора подтвердилось. В речи по поводу присуждения ему
Нобелевской премии в 1922 г. он сообщил, что Хевеши и Костеру удалось с помо-
123

щью рентгеновской спектроскопии обнаружить элемент N** 72 в
циркониевых минералах. Несколько позже сообщение об этом появилось в
английском журнале "Нейчур". В честь города Копенгагена новый элемент
получил имя "гафний" (по-латыни Копенгаген назывался Гафния).
По интенсивности рентгеновских линий гафния исследователи сделали
вывод о его примерном содержании в циркониевых минералах. Они нашли
также, что пзггем многократной фракционной кристаллизации двойных
фторидов калия и аммония типа K2[ZrF6[ и К2]НГРб[ можно достичь
заметного обогащения кристаллов гафнием и даже полного отделения
гафния от его "хозяина" циркония.
Возникший между Урбеном, с одной стороны, и Хевеши и Костером,
с другой, спор за приоритет был однозначно решен в пользу последних. И
все же вполне вероятно, что гафний может присз^гствовать и в минералах
редкоземельных металлов, но он практически всегда сопзггствует
цирконию.
ПО СЛЕДУ СВЕТА
(рубидий, цезий, индий, таллий)
'ВНЕШНИЕ'* СПЕКТРЫ АТОМОВ "Эмиссионный спектральный анализ
позволяет качественно открыть и
количественно определить все металлы и многие неметаллы. Преимущества
этого метода анализа состоят в его быстроте и чувствительности при
определении, причем расход материала на анализ исключительно невелик".
Такое или подобное этому определение вы найдете в любом учебнике по
неорганической химии. Неспециалисту может показаться, что спектральный
анализ — лишь один из многих методов химического ^1ализа;
химик-аналитик, напротив, считает, что в ряде случаев спектральный анализ оказывается
единственным способом анализа.
Для спектрального анализа пробу анализируемого вещества переводят в
газообразное состояние (например, нагревом или внесением в пламя
газовой горелки), а затем через спектроскоп наблюдают испускаемый ею
свет. Каждый элемент при таком "возбуждении" испускает свет с
совершенно определенной длиной волны, поэтому его можно однозначно
идентифицировать по спектру. Получается, что спектр элемента — это как бы
его визитная карточка.
Объяснила это явление только современная атомная физика. Согласно
ее данным, при не слишком сильном нагреве внешние электроны оболочки
атома переходят с низкого энергетического уровня на высокий. Атом при
этом приходит в возбужденное состояние. Но в этом состоянии атом может
находиться лишь очень недолго: менее чем через миллиардную долю
секунды электроны вновь возвращаются на низкий энергетический уровень.
А освободившаяся при этом энергия излучается в виде света.
Таково "простое" объяснение спектров, которое дают физики. Физиком
был и тот ученый, который более столетия назад вместе с известным
химиком разработал метод спектрального анализа.
124

ВУНЗЕН -f- КИРХГОФ =
ЦЕЗИЙ ■*■ РУБИДИЙ
Это произошло В 1859 г. В Гейдель-
бергском университете работал тогда
Роберт Вильгельм Бунзен (1811-
1899 гг.), занявший в 1852 г. кафедру химии. К тому времени Бунзен
благодаря своим многочисленным исследованиям приобрел большую
известность в научных кругах. Еще преподавая в Высшей ремесленной школе в
Касселе, он сумел выделить алкарсин - мышьякорганическое соединение.
Затем в 1839-1851 гг. Бунзен, будучи профессором химии в Марбургс-
ком университете, провел множество научных исследований. Например,
он сконструировал так называемый элемент Бунзена — гальванический
элемент, в котором электродами служили цинк и уголь. Бунзен бьш
прекрасным аналитиком и много времени посвятил исследованию минералов.
Многие разработанные им методики анализа химики используют и по сей
день. Три семестра, с апреля 1851 г. по сентябрь 1852 г., он преподавал в
университете г.Бреслау (ньше Вроцлав). Здесь он продолжал свои работы с
угольно-цинковыми элементами. Он сумел усовершенствовать угольные
электроды и в результате получил батарею для электролиза расплавленного
хлорида магния^ Так ему удалось впервые выделить магний в больших
кусках. Бунзен развил до совершенства аналитический метод йодометрии,
применяемый и в настоящее время в аналитической химии. Нельзя
забывать и о знаменитой бунзеновской горелке, которую великий химик
изобрел в 1855 г., работая уже в Гейдельберге.
Все началось с того, что Бунзен заметил довольно интересное явление.
Бели в бесцветное пламя газовой горелки вносили соли тех или иных
металлов, то пламя горелки окрашивалось в различные цвета. Бунзен много
занимался этим странным явлением и рассказал о своих исследованиях
другу - физику Густаву Роберту Кирхгофу (1824-1887 гг.). Кирхгоф
бьш тогда профессором физики в Гейдельбергском университете, куда
попал по рекомендации Бунзена в 1854 г.
Он порекомендовал Бунзену
распространить свои наблюдения на
исследование спектров пламени. Ведь он бьш
физиком и считал, что с помощью
спектров легче определить различия
между отдельными веществами, чем по
окраске пламени. Кирхгоф предложил
Бунзену свою помощь в опытах. И
сотрудничество двух этих вьщающихся
ученых дало прекрасные плоды.
Кирхгофу очень быстро удалось
дать объяснение темным линиям в
солнечном спектре, так называемым
фраунгоферовым линиям. Это
позволило также понять процессы,
связанные с излучением и поглощением
света при спектральном анализе. Бунзен
же как химик больше занимался
спектрами различных веществ. Он тщательно
12
Роберт Вильгельм Бунзен

■•■'о- "'^^ • ч'Ч
* ' * I
г^^
шЛ^ ■- •
Густав Роберт Кирхгоф
исследовал галогениды, окислы,
сульфаты и карбонаты известных в то
время щелочных и щелочноземельных
металлов. Кроме того, он исследовал
также газы различного состава и
температуры, чтобы выявить влияние этих
величин на положение спектральных
линий. В результате Бунзен выяснил,
что ни тип соединения, в которое
входит металл, ни процессы, происходящие
в пламени, ни температура не влияют
на положение линий, соответствующих
металлу.
Новый способ анализа оказался к
тому же очень чувствительным. Даже
очень малые количества солей
щелочных и щелочноземельных металлов как
раздельно, так и в смеси теперь можно
было анализировать.
Но это еще не все. При исследованиях маточных растворов различных
солей Бунзен нашел щелочной металл, который, по его словам, имел "столь
же характерный и простой спектр, как литий". Этот металл давал в голубой
части спектра две яркие спектральные линии, которые не принадлежали ни
одному известному в то время элементу. Бунзен переработал более сорока
тонн минеральных вод из Дюркгейма, удалив из них почти весь литий и
полностью избавившись от солей кальция, стронция и магния. Он получил
несколько граммов нового вещества. Когда это вещество внесли в пламя
горелки, пламя окрасилось в красивый голубой цвет. Это и побудило Бун-
зена с Кирхгофом назвать новый элемент цезием, ибо латинским словом
"цезиус" древние римляне называли небесную лазурь.
Открытие цезия бьшо огромным успехом нового метода анализа, но
Бунзен и Кирхгоф сумели с помощью спектрального метода найти еще один
элемент. 23 февраля 1861 г. Бунзен доложил в Берлинской академии наук
о своих исследованиях тех же дюкргеймских минеральных вод. Ему
удалось обнаружить в них еще один элемент, дающий две очень четкие линии в
фиолетовой части спектра; эти линии явно принадлежали еще не
известному элементу. Переработав около 150 кг лепидолита (разновидности
слюды) , при анализе которого были найдены такие же линии, Бунзен выделил
необходимое для своих исследований количество нового элемента сначала
в виде "двойной платиновой соли". Теперь уже, кроме двух упомянутых
фиолетовых спектральных линий, появились еще две линии в красной
области спектра. Это послужило поводом назвать новый элемент рубидием
(слово "рубидиус" древние римляне применяли для обозначения темно-
красного цвета).
После открытия рубидия в группе щелочных металлов оказалось уже
пять элементов. Четыре из них — натрий, калий, рубидий и цезий — были
открыты или выделены "с помощью физики". Натрий и калий выделил
126

Первый спектроскоп Бунзена и Кирхгофа
Дэви в 1807 г. электролизом расплавленных щелочей, о чем мы говорили
раньше, а рубидий и цезий удалось обнаружить по спектральным линиям.
Но эти два элемента оказались не единственными, которые были найдены
с помощью спектрального анализа.
НЕМНОГО ПОЗЖЕ -
ТАЛЛИЙ И ИНДИЙ
Метод спектрального анализа ученые
всего мира восприняли с большим
интересом. Спектральные исследования
проводились повсюду. И не удивительно, что в скором времени появились
сообщения о новых успехах.
Уильям Крукс (1832—1919 гг.), английский ученый, имевший частную
лабораторию, был первым (после Бунзена и Кирхгофа), к кому пришел
успех на этом пути. В 1861 г. он обнаружил с помощью спектрального
анализа новый элемент, который назвал таллием. Однако история этого
открытия началась за 11 лет до обнаружения самого элемента. В то время Крукс
был еще студентом Королевского химического колледжа в Лондоне. Его
учитель немецкий химик фон Гофман дал студенту 5 кг селенсодержащих
остатков с фабрики серной кислоты Тинкельроде, находившейся в
Германии. Крукс выделял из этих остатков селен, открытый еще Берцелиусом в
1817 г. К счастью, молодой студент сохранил этот материал на будуще1в.
Примерно через 10 лет, в 1861 г., Круксу для исследований потребовалось
немного теллура и он предположил, что в имеющихся у него селеновых
остатках есть и теллур. Но попытки вьвделить его оказались
безрезультатными. Крукс к тому времени уже знал о спектральном анализе и решил
выйти на след теллура спектральным путем. К своему удивлению он
отметил в спектре четко выраженную зеленую линию, не принадлежавшую ни
одному из известных тогда элементов. По интенсивной зеленой окраске
127

пламени, которую вызывали соединения нового элемента, Крукс назвал его
таллием (от греческого "таллос" — зеленая ветвь).
Примерно в то же время независимо от Крукса таллий посчастливилось
обнаружить французу Клоду Огюсту Лами (1820-1878 гг.). Спор за
приоритет был решен в пользу Крукса, который в последующие годы
интенсивно занимался новым элементом. В частности, именно Крукс с большой
тщательностью определил атомную массу таллия.
В 1863 г. с помощью спектрального анализа был найден еще один
элемент. Профессор Фрейбергской горной академии Ф.Райх (1799-1882 гг.) и
его ассистент И.Т.1Ч1хтер (1824-1898 гг.) сообщили об открытии нового
элемента, дающего в спектре синюю линию цвета индиго. Поэтому элемент
и был назван индием. Позже Рихтер заявил, что честь открытия индия
принадлежит ему одному. Что же было на самом деле? Однажды Райх посетил
одного из своих бывших учеников Клеменса Винклера, который показал
старому з^штелю желтый осадок, полученный им при анализе пробы породы
из расположенной вблизи Фрейберга шахты. Винклер считал этот осадок
сульфидом какого-то неизвестного элемента. Райх занялся исследованием
этой пробы. Он рассчитывал найти в ней незадолго до этого открытый
Круксом таллий. Сам Райх плохо различал цвета и поручил спектральный
анализ пробы своему ассистенту Рихтеру. В голубой части спектра Рихтер
и нашел эту индиговую линию.
Райх и Рихтер сумели вьщелить в небольших количествах хлорид и
гидроокись нового элемента. Они смешали окись индия с содой и углем и
получили при нагреве загрязненный примесями металлический индий.
Несколько позже им удалось получить более чистый индий восстановлением
окиси индия водородом.
РЕДКИЕ МЕТАЛЛЫ? Элементы, о которых говорится в этом
разделе, были открыты только
благодаря появлению чувствительного метода анализа. Следует ли из этого, что они
в природе существ)аот в ничтожно малых количествах? Бели познакомиться
с данными о распространенности элементов в земной коре, то мы придем к
неожиданному выводу. В 1 т пород, составляющих земн)ао кору,
содержится в среднем 300 г рубидия, т.е. этот элемент встречается значительно чаще
таких известных металлов, как никель (80 г/т), медь (70 г/т) и свинец
(16 г/т). Цезия в земной коре содержится 7 г/т, но и это намного больше
содержаний урана (4 г/т) или брома (1,6 г/т). То же относится к таллию
(0,6 г/т) и ИНДИЮ (0,1 г/т), которые по распространенности превосходят,
например, палладий (0,01 г/т), платину и золото (по 0,005 г/т).
Почему же рз^идий, цезий, индий и таллий носят название редких
металлов? В первую очередь потому, что они, как правило, не образ)аот
собственных минералов. Мы не знаем даже таких минералов, в которых эти
элементы были бы представлены в значительных количествах. В то же время
рубидий и цезий встречаются в соляных месторождениях, а таллий — в слюдах и
многих сульфидных рудах, например в пирите FeSa • При обжиге пиритов в
сернокислотном производстве таллий улетучивается и оседает в свинцовых
камерах в виде шлама (там, собственно, и нашел его Крукс).
128

в защиту репутации этих четырех "редких" металлов можно сказать еще
вот что. Долгое время они представляли лишь академический интерес. Но
научно-технический прогресс открыл и перед этими металлами новые
области применения. Теперь они стали "современными".
Рубидий и цезий успешно применяют в фотоэлементах. Известны цезие-
вые атомные часы, принцип действия которых основан на исключительном
постоянстве колебаний атомов цезия. Индий применяют в качестве
компонента для сплавов. Например, добавка 4 % индия в подишпниковые сплавы
на основе свинца значительно повышает коррозионную стойкость и
долговечность этих сплавов. Во время второй мировой войны большая часть
производимого индия использовалась для получения предотвращающих
коррозию покрытий на яикелька^](Миевых и медносвинцовых деталях
подшипников самолетов и военных кораблей. Индий выступает в роли
компонента и в магнитных сплавах. В последние годы индий высокой чистоть!
приобрел большое значение также в полупроводниковой технике. Он
необходим для создания гетерпереходов в германиевых транзисторах. Все
большее применение находят интерметаллические полупроводники арсенид
индия InAs и антимонид индия InSb. В ядерной технике тоже применяют
индий, в частности для обнаружения нейтронов. При бомбардировке
нейтронами получается индий-116, дающий Д-излучение (индий представляет
собой смесь двух устойчивых изотопов: 95,8 % индия-115 и 4,2 % индия-
113). Если такое излучение улавливается датчиками, значит, в реакторе
происходит утечка нейтронов.
Таллий, как и индий, имеет множество областей применения в
современной технике, хотя спрос на него и невелик. Этот металл применяют в
качестве компонента подшипниковых сплавов, которые по своим
свойствам значительно превосходят оловянные подшипниковые сплавы;
благодаря этому удается экономить дорогое олово. Таллиевые амальгамы имеют
низкие температуры плавления. Ртуть с 8,5 % таллия плавится при —бО^С,
поэтому такую амальгаму можно применять в низкотемпературных
термометрах. Многогранно применение изотопов таллия. Изотоп с атомной
массой ^04 служит источником Д-излучения при исследованиях
материалов. С его помощью можно, например, определять толищну свинцовых или
оловянных покрытий на железе. В бумажной промышленности этот изотоп
можно применять в профилемерах, непрерывно контролирующих толщину
бумажной полосы.
Таллий-205 предлагали применять в качестве охладителя для ядерных
реакторов. Известно, что в фотоэлементах и фотосопротивлениях
применяют селен. С его обязанностями хорошо может справляться и сульфид
таллия TI2S, который после соответствующей обработки кислородом
приобретает необходимые электрические свойства. В сухих селеновых
выпрямителях прокладкой между полупроводником (селеном) и противоэлект-
родом может служить накладываемый на полупроводник слой таллия.
Применяется таллий ив светотехнике. Активированные таллием и марганцем
красные светящиеся краски на основе пирофосфата кальция долговечны и
обладают высоким качеством.
Но мы перечислили те области применения таллия, которые не требуют
больших его количеств. Основная масса производимого таллия в виде
9 Библиотечная книга 129

ядовитого сульфата служит для производства различных средств борьбы
с вредителями. Как долго это будет продолжаться, трудно сказать - ведь
технический прогресс рано или поздно предложит таллию новые сферы
деятельности. Мы уже часто с BaNoi убеждались, что в науке не бывает
ничего неожиданного, точнее вся история науки — это история о том, как
неожиданное становится обычным*.
СПРЯТАННЫЕ В РУДАХ
(сера^ селен^ теллур)
МИНЕРАЛОВ БОЛЬШЕ, ^ шестую группу периодической систе-
ЧЕМ ПОРОД ^^^ входят элементы-рудообразователи:
кислород, сера, селен, теллур.
Основные рудные минералы — это окислы и сульфиды металлов.
Под термином "минерал" понимают химически и физически
однородную естественн)ао часть земной коры. Минералы, за очень небольшим
исключением, представляют собой твердые вещества, находящиеся, как
правило, в кристаллическом состоянии. И, наконец, большинство минералов
имеют неорганическую природу. Таким образом, к минералам относятся
окислы, сульфиды, галогениды, карбонаты, силикаты, сульфаты, фосфаты
и многие др)тие соединения. Сегодня нам известно значительно более двух
тысяч минералов, поэтому имеет смысл разделить их по геологическому
происхождению, по "функции", вьшолняемой ими в земной коре, и другим
признакам. К породообразующим минералам относятся кварц, полевой
шпат, слюда, кальцит, доломит, гипс, каменная соль, тальк, графит и
другие. Эти соединения и элементы в природе часто обнаруживаются в виде
смесей минералов примерно постоянного минералогического и
химического состава. Тогда говорят, что они образуют породы, т.е. геологически
самостоятельные компоненты земной коры.
Здесь надо упомянуть о такой группе минералов, как "обманки", "блес-
ки" и "колчеданы". Под этими терминами, применяемыми геологами и
горняками, понимают множество сульфидных и окисленных руд.
Характерные представители "обманок" - это цинковая и марганцевая обманки
ZnS и MnS, урановая смоляная руда UO2, бархатная обманка (гётит)
FeO(OH). К "блескам" относятся свинцовый, серебряный и сурьмяный
блески PbS, Ag2SHSb2S3, а также железный блеск и валентинит (или
белая сурьмяная руда) FcjOa, 8Ь2 0з,а к "колчеданам" — такие минералы,
как железный и медный колчеданы FeS2 и CuFeS2-
Только из этого краткого перечисления видно, что кислород и сера —
очень весомые компоненты большой группы технически ценных минералов.
♦ Более подробно о применении рассмотренных в этом разделе элементов
рассказано в книге С.И.Венецкого "О редких и рассеянных" (М.: Металлургия, 1980).
Прим.перев.

Кристолпы серы (ромби
ческий и моноклинный)
ИСТОРИЯ ОДНОЙ КИСЛОТЫ Содержание серы в земной крре 520 г/т;
по распространенности она занимает
13-е место. Помимо уже упомянутых
сульфидных минералов, сера в больших количествах встречается в природе
в виде сульфатов, например гипса (сульфата кальция), горькой соли и
кизерита (сульфатов магния), тяжелого шпата (сульфата бария) и
глауберовой соли (сульфата натрия). Встречается сера и в самородном виде.
Именно поэтому она бьша известна еще в древности. Ее желтый цвет,
горючесть и неприятный резкий запах продуктов сгорания не могли не заюггере-
совать людей. Еще четыре тысячелетия назад в Древнем Египте серу
использовали для отбелки тканей. Гомер описьгоал, как горящую серу применяют
для дезинфекции, древние римляне использовали серу для изготовления
лекарств. Разумеется, и алхимики не обошли серу своим вниманием. Но
большую важность этот элемент приобрел лишь в начале XIV века, когда был
изобретен порох. Большое техническое значение в качестве сырья сера
обрела ко времени промышленной революции в конце XVni века. В это
время уже появился спрос на серную кислоту, причем со временем этот
спрос увеличивался, о чем свидетельствуют
цифры производства этого соединения серы.
Первым крупным потребителем серной
кислоты была текстильная промьшшенность. В
1864 г. к ней добавилась такая отрасль, как
производство суперфосфата. В начале 80-х годов
прошлого века производство серной кислоты в
Европе составляло около 1 млн.т в год, причем
600 тыс. производилось в Англии, а 112 тыс. т —
в Германии. Резкий подъем химической
промышленности в последующие годы привел к
еще большему наращиванию производства
серной кислоты. В наши дни серная кислота
относится к важнейшим продуктам химической
промышленности.
Получение серной кислоты при нагреве
квасцов впервые упоминается в алхимической
литературе в XIII веке, но тогдашние алхимики не
знали об особой химической природе этого
соединения. Направлеьшым синтезом серной
кислоты начали заниматься лишь в XV веке: смесь
сульфида сурьмы ЗЬгЗз и серы нагревали с
азотной кислотой. До XVIII века аптекари
получали серную кислоту в небольших количествах,
требовавшихся для их целей, сжигая серу во
влажных стеклянных сосудах. Добавка селитры
заметно увеличивала количество серной
кислоты.
В 1746 г. серная кислота была впервые
получена промьшшенным способом, правда, в
небольших количествах. Для этой цели англичане Ребак
131

и Гарбетт использовали вместо сосуда из стекла свинцовую камеру
поперечным сечением 6X6 футов (1 фут =30,48 см). Дальнейшее
совершенствование этого способа состояло в том, что при горении серы в камере туда
постоянно подводили воздух и водяной пар. С ростом потребности в серной
кислоте камеры приходилось увеличивать по размерам. Стены их сначала
выкладывали из кирпича и облицовывали свинцом. После освоения в
1845 г. пайки свинца с помощью пламени водородной горелки увеличение
размеров камер перестало быть проблемой. Тем временем было внедрено
окисление двуокиси серы до трехокиси и теперь следовало продз^мать
вопрос о регенерации используемых для этого окислов азота. Частично эту
проблему решил француз Гей-Люссак в 1827 г., частично —англичанин Гло-
вер двадцатью годами позже. Окислы азота поглощались в башне Гей-1юс-
сака 80 %-ной серной кислотой. Затем она смешивалась с "камерной"
кислотой, причем получалась так называемая нитроза, которая подавалась в
башню Гловера. Там горячие газы, образующиеся при обжиге пирита,
удаляли азот из кислоты и одновременно повышали ее концентрацию. Этот
процесс не изменился по своей сути и до наших дней.
Сначала для получения необходимой при производстве серной кислоты
двуокиси серы сжигали элементарную серу, но с 1840 г. для этой цели
все чаще стали применять газы от обжига колчеданов. Параллельно
развивалось изготовление дымящей серной кислоты (олеума). Олеум умели
производить в Чехии еще до Тридцатилетней войны (1618-1648 гг.), но
потом способ его производства
бьш забыт. Он бьш основан на
обработке чешских квасцов
("витриольных сланцев") до
пол)Д1ения сульфата железа с
последующим его химическим
разложением:
Ре2(804)з -* РезОз +380з.
Однако все указанные
процессы бьши вытеснены так
называемым контактным
способом, при котором двуокись
серы окислялась до трехокиси
кислородом воздуха в
присутствии катализатора. Этот
способ изобрел английский
фабрикант зоссусной кислоты П. Фил-
липс, который еще в 1831 г.
предложил окислять газы,
содержащие двуокись серы,
кислородом воздуха в присутствии
платины и запатентовал этот
способ. Но в промышленном
масштабе контактный способ
начали использовать только пос-
Контактная печь
132

ле работ немёщсого химика
К. Винклера, сообщившего в
1875 г. о своих опытах
окисления двуокиси серы в трехокись
с платиновым катализатором.
Через три года Винклеру
удалось окислить содержащий
двуокись серы обжиговый газ
кислородом. В 1876 г. фирма "Ба-
дише анилин-унд содафабрик"
начала использовать способ
Винклера, а впоследствии
Р. 1СНИЧ (1854-1906 гг.)
усовершенствовал эту технологию,
которая в принципе сохранилась
до наших дней.
В ГДР, стране, богатой
сульфатами, именно они стали
сырье м для прои зв о детва сер-
Особенно
Вращающаяся печь для обжига пирита. Обжиг
идет по реакции
2 FeS, + 5 1/2 О, =Ре,Оз + 4 SO,.
Образующуюся двуокись серы окисляют до
трехокиси, которая идет на производство
серной кислоты, а окись железа используют
в металлургии
НОИ кислоты.
часто
для зтои цели используют
ангидрид CaS04 и кизерит MgS04-H20. Более 60 % получаемой в стране серной
кислоты производят из ангидрита. Способ получения серной кислоты был
разработан Мюллером и Кюне в 1926 г. Он основан на восстановлении
сульфата кальция коксом при температуре около 1200°С:
2CaS04 + С = 2СаО + 2SO2 + COj.
Рентабельным этот способ становится лишь в случае, когда
получающаяся окись кальция используется для производства цемента. Поэтому в смесь
ангидрита и кокса добавляют глину, песок и незначительные количества
окиси железа, которые способствуют образованию цемента. Газ,
содержащий двуокись серы, очищают от пыли и окисляют до трехокиси серы в
присутствии ванадиевого катализатора избытком воздуха при 420°С.
Трехокись растворяют в серной кислоте, а потом добавкой воды регулируют
концентрацию. Если воду не добавляют, то получается "дымящая" серная
кислота.
Серную кислоту потребляют многие отрасли промышленности. Она
нужна для производства минеральных удобрений, вискозного волокна, для
подготовки руд и травления металлов, при производстве пластмасс, для
электролитических ванн и аккумуляторов, при переработке нефти, для
различных работ в лабораториях, в лакокрасочном производстве,
фармацевтической промышленности, при изготовлении взрывчатых веществ.
ЭЛЕМЕНТЫ-БРАТЬЯ С именем шведского химика И.Я.Бер-
СЕЛЕН И ТЕЛЛУР целиуса связано открытие многих
элементов., С 1797 по 1802 г. он изучал
медицину в Упсальском университете, но уже тогда увлекся химией. По
окончании учебы он стал сначала адьюнктом без жалования в
Стокгольмской медицинской коллегии. В 1807 г. Берцелиус получил место профессо-
13

pa химии и медицины во вновь основанном Медико-хирургическом
институте в Стокгольме. Однако вскоре он посвятил себя только химии.
Мы не сможем здесь хотя бы приблизительно показать огромные
заслуги Берцелиуса в области химии. Хотелось бы только указать на его работы,
связанные с открытием новых элементов. В начале своей научной
деятельности в 1804 г. он (независимо от Клапрота) нашел "цериевую землю";
это было в 1817 г. Берцелиус открыл селен, а двенадцати годами позже -
торий. В 1824—1825 гг. Берцелиус впервые получил кремний, титан,
цирконий и тантал в металлической фирме. И, наконец, в конце 1830 г. он вместе
со своим учеником Н.Г.Сефстрёмом (1787—1845 гг.) обнаружил ванадий.
Селен был найден Берцелиусом в шламе свинцовых камер
сернокислотной фабрики в Грипсхольме. Вместе с двумя компаньонами Берцелиус
купил эту фабрику и летом 1817 г. исследовал там процесс производства
серной кислоты. Он обратил внимание на красный цвет шлама, который
нельзя было объяснить ни окисью железа, ни соединениями мышьяка.
Берцелиус взял несколько проб шлама в свою стокгольмскую лабораторию и
тщательно исследовал их. Он обнаружил в пробах неизвестное вещество,
которое при нагреве испускало запах прелой редьки. Этот запах был
отмечен еще раньше Клапротом, который определял химические свойства
открытого в 1782 г. теллура. Однако в своих пробах Берцелиус теллура не
нашел. Бму все же удалось выделить неизвестное вещество из
азотнокислого раствора цинком. Это вещество оказалось медно-красным порошком,
плавящимся яри небольшом нагреве. После охлаждения получалась серая
масса с металлическим блеском и стекловидным изломом. Оно
окрашивало пламя в лазурный цвет, распространяя при горении все тот же запах
прелой редьки.
Сначала Берцелиус решил, что вновь открытый элемент — металл.
Шведский химик назвал его селеном (от греческого "селена" — луна),
подчеркнул его связь с теллуром ("теллус" по-латыни — земля). В то же время
ученый отметил, что по своим химическим свойствам селен ближе к сере,
чем к теллуру.
В начале 1818 г. Берцелиус опубликовал большую работу о получении,
свойствах и соединениях селена, а также о его месторождениях. Он был
Зверей, что при сгорании селена образуется его высший окисел ЗеОг.
Только ученик Берцелиуса Э.Мичерлих (1794—1863 гг.) в 1827 г. в Берлине
получил трехокись селена 8еОз, водный раствор которой представляет собой
селеновую кислоту Нг Se04.
Заслуга Берцелиуса состоит также в подробных исследованиях теллура
и многочисленных соединений этого элемента. Впервые этот элемент нашел
в 1782 г. венгерский горный инспектор Ференц Иожеф Мюллер,
впоследствии барон фон Райхенштейн (1740—1825 гг.). Ему удалось выделить из
золотоносной руды шахты Мариахильф тогдашней Австрийской империи
вещество, похожее на белую самородную сурьму. Этот минерал долгое время
называли "аурум проблематикум" (сомнительное золото), "аурум пара-
доксум" (парадоксальное золото) и "аурум альбум" (белое золото).
Небольшое количество выделенного вещества Мюллер послал шведскому
химику, фармацевту и минералогу Торбену Бергману (1735—1784 гг.) —
профессору Упсальского университета. Бергман подтвердил предположе-
134

ние Мюллера, что полученный им минерал — не сурьма. Однако более
подробно минерал исследовать не удалось, так как проба была слишком
небольшой по объему *
Открытие Мюллера вроде бы было забыто. Но 25 января 1798 г.
знаменитый М.Клапрот сделал доклад в Прусской академии наук в Берлине, в
котором сообщил, что исследовал присланную ему Мюллером австрийскую
золотую руду из Семиградья и установил, что выделенный Мюллером 15
лет назад минерал — это новый элемент. Клапрот назвал его теллуром "по
имени нашей старой матушки Земли". Приоритет открытия он целиком и
полностью оставил за Мюллером. Клапрот тщательно исследовал
химические свойства теллура и его соединений, а также минералов, содержащих
теллур. Если бы он занялся исследованием редечного запаха,
появляющегося при нагреве теллура, то, видимо, мог бы открыть и селен.
Независимо от Мюллера и Клапрота открыть теллур посчастливилось
в 1789 г. и профессору ботаники и химии Пештского университета Паулю
Китайбелю (1757-1817 гг.). Он нашел этот элемент в содержащей серебро
молибденовой руде. Естественно, он обнаружил теллур и в "аурум проб-
лематикум". Однако он не знал о публикации Мюллера, а встретиться и
поговорить исследователям не пришлось.
В 1832 г. обширное исследование теллура провел Берцелиус,
доказавший аналогию этого элемента с селеном и серой. Он получил множество
соединений теллура и заложил основы химии этого элемента.
ЦЕННЫЕ Селен и теллур относятся к редко
ПОБОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ встречающимся в земной коре
элементам. Среднее содержание селена
составляет 0,09 г/т, а теллура 0,002 г/т; они занимают по
распространенности соответственно 69-е и 74-е места. По типу месторождений селен и теллур
аналогичны сере. В самородном виде крохотные количества обоих
элементов встречаются, например, в так называемой японской теллуристой сере.
Селенидь!, например клаусталит PbSe, науманнит Ag2Se,H круксит (Т1,
Ag, Cu)2Se, похожи на соответствующие сульфиды и встречаются вместе с
ними. Содержат селен и некоторые колчеданы. В виде примесей этот
элемент содержится в свинцовых, медных,никелевых и золотых рудах, откуда
его добывают при их переработке. Если раньше теллур получали главным
образом из шлама свинцовых камер сернокислотных заводов, то в наше
время основным сырьем стала летучая пыль от проплавки теллурсодержа-
щих висмутовых, медных и золотых руд.
В современной технике селен и теллур играют важную роль.
Металлическая модификация селена (температура плавления 220°С, температура
кипения 688°С, плотность 4,81 г/см^ при 18°С широко применяется в
электротехнике и электронике при изготовлении выпрямителей и
фотоэлементов. Старейший и крупнейший потребитель селена — стекольная и
керамическая промышленность; здесь используют как обесцвечивающее.
* Другие источники утверждают, что Бергман умер, не успев завершить анализ.
Прим.перев.
135

так и красящее действие чистого селена и его соединений. Небольшие
добавки селена к коррозионностойким сталям улучшают их обрабатываемость.
Кроме того, селен и его соединения применяют для защиты от коррозии,
при неразрушающих испытаниях материалов, в производстве светящихся
веществ.
Теллур в виде ферротеллура используют в черной металл)фгии; добавка
к стали всего 0,1 % телпург стабилизирует карбиды, содержащиеся в стали.
Небольшие добавки теллура улучшают обрабатываемость меди. Теллур
повышает также коррозионную стойкость и прочность свинца и его
сплавов. Теллуриды меди, серебра, кадмия, свинца и других металлов —
хорошие полупроводники. Можно упомянуть о применении теллура в резиновой,
стекольной, керамической промышленности, при производстве светящихся
веществ. Таким образом, теллур тоже является важным материалов
современной техники.
В ТЕНИ ВЕЛИКАНОВ
(германий, цинк, кадмий и свинец)
ПРОВЕРКА
ПЕРИОДИЧЕСКОГО ЗАКОНА
(ГЕРМАНИЙ)
В 1869 г. Д.И.Менделеев опубликовал
свои результаты исследования
периодической системы элементов. Примерно
через два года он представил Русскому
химическому обществу еще одну работу, в которой бьши предсказаны
химические и физические свойства еще не открытых элементов. Кроме эка-
бора и эка-алюминия, Менделеев указал на гомолог кремния. Убежденный
в закономерной зависимости свойств элементов и тем самым в
правильности периодического закона, Менделеев и для эка<илиция предсказал ряд
свойств, а примерно через 15 лет выяснилось, что его прогнозы блестяще
Клеменс Александр Винклер подтвердились. Это было третье
испытание правильности периодического
закона . Двумя первыми испытаниями
были открытые эка-алюминия (галлия)
в 1875 г. и эка-бора (скандия)
четырьмя годами позже. Эка-кремний
обнаружил в 1886 г. немецкий химик
Клеменс Александр Винклер (1838—
1904 гг.) — профессор химии во Фрей-
бергской горной академии; уже в то
время Винклер был известным з^еным.
С 1875 г. по 1859 г. Винклер изучал
горное дело во Фрейберге, а затем
работал на фабрике синьки в Обершлеме.
В 1862 г. он перешел на фабрику
синьки Пфанненштиль близ Ауэ в Саксонии.
Там он и работал до осени 1873 г.
За 14-летнюю практику Винклер
приобрел большие знания в облас-
136

ти неорганической и аналитической химии, а также хорошо изучил
химическую технологию. Но не только основная производственная работа
занимала его. Он находил время, чтобы писать докторскую диссертацию и
проводить исследования, выходящие далеко за рамки повседневных забот
фабрики. И вот неизвестный фабричный мастер был замечен и приглашен в
1873 г. занять освободившуюся кафедру неорганической химии в родной
Фрейбергской горной академии. Три десятилетия проработал он в стенах
этой академии и показал себя превосходным исследователем и педагогом.
Он сделал очень много в области химии и анализа минералов, в области
газового анализа, работал над многими актуальными практическими
проблемами (мы, в частности, уже говорили о разработанном Винклером
способе производства серной кислоты).
С чего же началась история открытия германия? В сентябре 1885 г. в
одной из шахт близ Фрайберга на глубине 459 м нашли минерал, похожий
по виду на аргентопирит (сернистое серебро). И.Т.Рихтер (мы уже
говорили о нем, описывая открытие индия) исследовал этот минерал с помощью
паяльной лампы и обнаружил в нем серебро, серу и немного ртути. Однако
на ртуть во фрейбергских шахтах никто еще не наталкивался, поэтому
новая находка сразу заинтересовала ученых академии. Участвовавший в
исследованиях минеролог А.Вейсбах, двоюродный брат Винклера, передал
ему руду на анализ. Выяснилось, что руда содержит 74 % серебра, 17—18 %
серы, незначительные количества окислов железа и цинка, а также ртуть.
Но вот что удивило Винклера: несмотря на тщательность, с которой он
выполнял анализ, оказалось, что сумма определенных компонентов — это
только 93 % массы пробы. Где же еще 7 %? Опытный аналитик бьш
озадачен. Винклер продолжал исследовать минерал и пришел к выводу, что за
этим недостатком массы таится новый элемент. Он удвоил свои усилия и
начал работать над этой проблемой, по его словам, "до полного
физического истощения". Что же, труд его не пропал даром. 6 февраля 1886 г.
Винклер окончательно убедился, что открыл новый элемент, который он назвал
по совету своего кузена германием. В тот же день ученый послал статью об
этом в редакцию журнала "Доклады Немецкого химического общества".
Хотя это сообщение и оставляло многие вопросы открытыми, оно
вызвало большой интерес в научных кругах. Одним из первых коллег,
поздравивших Винклера, был Менделеев. В письме от 16 февраля он поставил
вопрос о месте германия в периодической системе. В своей статье
Винклер писал, что новый элемент в периодической системе должен заполнить
пробел между сурьмой и висмутом. Менделеев же ошибочно считал, что
этот элемент следует определить как эка-кадмий. Только дальнейшие
исследования показали, какое место занимает германий в периодической
таблице.
Профессор химии Бреслауского университета Виктор фон Рихтер не
сомневался, что германий и есть предсказанный Менделеевым элемент
эка-силиций с атомной массой 72, находящийся между галлием (атомная
масса 69,8) и мышьяком (атомная масса 74,9). Далее фон Рихтер
писал; "Эка-силиций - самый ожидаемый нами элемент и тщательные
исследования германия покажут, как вьщержала периодическая система
труднейшее испытание на прочность".
137

Дальнейшие исследования Винклера подтвердили эти строки. Германии
оказался эка-силицием.
Интересно посмотреть, насколько сбылись предсказания Менделеева в
отношении свойств нового элемента:
Эка-силиций Es Германий Ge
(Менделеев, 1871 г.) (Винклер, 1886 г.)
Атомная масса
Плотность, г/см^
Атомный объем, см^
Окись:
формула
плотность, г/см^
химическое поведение
Хлорид:
формула
плотность, г/см^
температура кипения, °С
Сульфид
Фторид
72
5,5
13
EsOj
4,7
Кислый характер,
легко восстановима
EsCl^
1.9
57-100
Растворим в сурьме
Образует калийную соль
EsF^+2KF = K3EsFg
с лучшей растворимостью,
чем KjSiF^
72,6
5,35
13,6
GeOj
4,7
Подтвердилось
GeCl^
1,88
83
Подтвердилось
Подтвердилось
Совпадение фактических и предсказанных свойств нового элемента
оказалось настолько полным, что можно было говорить о триумфе великого
русского химика. Сам Менделеев придавал открытию германия огромное
значение, поэтому летом 1887 г. намеревался поехать во Фрейберг. Но
обстоятельства сложились так, что русский ученый смог посетить Винклера
только в мае 1894 г. Встреча химиков была очень дружеской. Винклер
часто говорил впоследствии, что посещение Менделеева — одно из самых
ярких воспоминаний его жизни.
После основных исследований германия Винклер не сидел "сложа руки".
Он разработал способ полз^ения германия из аргиродита и получил таким
образом около 150 г нового элемента. Значительную часть нового элемента
он передал своим коллегам для исследований. Так этот элемент получил
"путевку в жизнь".
ВОСЬМОЙ МЕТАЛЛ (ЦИНК) Для каждого ИЗ нас цинк - хорошо
знакомый металл: из него делают листы и
трубы, используют для покрытия других металлов и в качестве компонента
сплавов. Но многие ли знают, что цинк среди основных цветных металлов
(алюминий, свинец, медь, никель, цинк и олово) по уровню производства
стоит на третьем месте после алюминия и меди? В 1966 г. мировое
производство цинка превысило 4,2 млн. т, а в 1957 г. было выплавлено всего
3 млн. т цинка. Но по сравнению с предыдущими десятилетиями эти три
миллиона тонн — большая цифра. Ведь в 1860 г. мировое производство
цинка составило только 86900 т, а в 1880 г. — 217 тыс. т. В наши дни цинк стал
привычным металлом.
138

Впервые люди применили цинк (правда, еще неосознанно) .несколько
тысячелетий назад. Известно, что вавилоняне еще в середине третьего
тысячелетия до нашей эры делали сплавы меди с цинком и оловом. Три тысячи
лет исполнилось бронзовым предметам, найденным в Палестине, в этой
бронзе содержится много цинка. О применении цинксодержащих медных
сплавов писал Аристотель (384—322 г. до н.э.). И в предметах более
поздних периодов, например, найденных в Помпее, которую засыпало
вулканическим пеплом при извержении Везувия в 79 г., содержится цинк.
История цинка — это история его плавки. Производство цинка в Китае
и Индии началось раньше, чем в Европе. Известно, что китайцы еще в
VI—VII веках применяли цинк для изготовления монет и зеркал. В Индии
цинк был известен еще за 1200 лет до нашей эры, хотя плавить его там
начали лишь в XIV веке. В первой половине XVII века цинк в Китае получали
подогревом цинковых руд и угля в герметически закрытых сосудах.
По торговым путям с Востока цинк пришел в Европу. Первые
письменные сообщения об этом металле в Европе появились в трудах Парацельса,
Георга Агриколы, Андреаса Либавия. Агрикола, основатель современной
минералогии и горного дела, упоминает цинк в книге "Царство металлов",
а известный химик, врач и педагог Либавий считает цинк восьмым
металлом (вы помните, что древние знали только семь металлов: медь, золото,
серебро, свинец, олово, железо и ртуть).
Вначале цинк был отходом металлургического производства. Когда
же постепенно стала ясна его ценность как металла и добавки к меди (для
получения латуни), началось регулярное его производство. Это произошло
в нескольких европейских странах в первой половине XVIII века.
Существенные улучшения технологии, например пристройка к плавильному тиглю
конденсационных устройств (ведь цинк легко возгоняется), заметно
повысили выход металла.
Сегодня мы уже не можем представить себе жизни без цинка. Он стал
общедоступным металлом. Содержание цинка в земной коре равно 65 г/т,
т.е. он распространен примерно так же, как медь (70 г/т), вольфрам
(69 г/т) и литий (65 г/т).
Основные цинковые руды: цинковая обманка (сфалерит) ZnS,
цинковый шпат (смитсонит) 2пС0з,красная цинковая руда (цинкит) ZnO,
цинковые цветы 2п5[(ОН)зСОз]2, гемиморфит, или галечная руда,2п4 [(ОН)^
81207]*Н20,франклинит (Zn,Mn)Fe204, виллемит Zn2Si04, цинкозит
ZnS04H гослйрит Zn04'7H2 0.
Цинк из руд извлекают пирометаллургическим или
гидрометаллургическим способом. Полученный сырой цинк чистотой 97—98 %
переплавляют в рафинированный цинк чистотой 99 %. Но и этого металлургам мало.
Они дистиллируют рафинированный цинк и получают чистый металл
(99,99 % - "четыре девятки") *.
Каким бы способом ни производили цинк, главным остается
комплексное использование цинковых руд, так как в них, кроме цинка, содержатся
* В результате 20-кратной зонной плавки дистиллированного цинка в токе азота
удается получить металл чистотой 99,99995%. Прим. ред.
139

многие нужные народному хозяйству элементы. Возьмем для примера
переработку цинковой обманки месторождений близ Фрейберга. Сначала
концентрат цинковой обманки обжигают в печах с кипящим слоем (в них
материал находится в постоянном движении — как бы "кипит", что
способствует быстрому выгоранию серы из сульфида). Выходящая из печей
двуокись серы перерабатывается в серную кислоту контактным способом.
Цинксодержащие огарки выщелачивают серной кислотой (из
электролитических ванн) и фильтруют. Осадок на фильтре поступает во вращающиеся
печи; там из него получают медь, палладий, индий, кадмий и другие
металлы. Раствор сульфата цинка очищают от меди, причем медный осадок
передают для переработки на другой завод, затем раствор очищают от
кадмия. Кадмиевый осадок выщелачивают и отправляют на электролиз.
Оставшийся раствор очищают от кобальта, причем кобальтовый осадок,
как и медный, отправляют на другой завод. Наконец, полностью
очищенный от примесей раствор сульфата цинка заливают в электролитические
ванны. На катоде осаждается цинк, который переплавляют в пластины.
Кислота же из ванн идет, как мы уже говорили, на выщелачивание
огарков. Как видите, из цинковой руды удается таким образом получить и
медь, и кадмий, и кобальт, и множество других металлов^ При таком
комплексном использовании сырья становится экономичной переработка
даже бедных руд.
ПЛЮМБУМ НИГРУМ - Свинец ВХОДИТ В семерку металлов, из-
ОБЫЧНЫй СВИНЕЦ вестных с древности. Его знали древние
египтяне, греки, индийцы, евреи и
финикийцы.
Получали металл обычно выплавкой из наиболее часто встречающегося
в природе минерала свинца — свинцового блеска PbS. Плавили свинец в
так называемых волчьих ямах. Вместе со свинцом получали и
содержащееся в свинцовом блеске серебро. Но выход свинца и серебра из руды был
очень низким и большие количества этих металлов выбрасывали в отвал
со шлаком. Эти отвалы нашли позже в Лазфионе (Греция), где во время
расцвета Афин действовал огромный завод с рудником. Здесь около 20
тысяч рабов до изнурения трудились над выплавкой свинца и серебра. В
шлаковых отвалах завода на 10 кг шлаков содержалось 6—12 кг свинца и
около 30 г серебра. Вот почему эти отвалы после греков разрабатывались
и римлянами, а потом использовались еще в XIX веке! Римляне имели
множество свинцовых рудников в Испании, которые они захватили у
греческих и финикийских колонистов. Временами на этих рудниках бьшо
занято до 40 тысяч рабов. Те же римляне открыли свинцовые
месторождения и в Германии.
Цезарь, а позже Плиний Старший отличали обычный свинец, который
они называли "плюмбум нигрум" (черный свинец), от олова, которое
называлось "плюмбум альбум" (белый свинец).
В период ранней истории человечества роль свница бьша
исключительно скромной. Отношение к нему изменилось впервые еще в древности,
хотя тогда свинец употребляли меньше других металлов. Наиболее
известное из применений свинца — водопроводные трубы. "Сработаны еше
140

рабами Рима', как говорил поэт. Геродот упоминает о креплении кладки
из плитняка железными и бронзовыми скобами; отверстия в камнях для
этих скоб заливали свинцом. Его использовали также для чеканки монет,
изготовления гирь, печатей, ключей и т.д. Обработка свинца уксусной
кислотой (и углекислым газом) позволяла получать свинцовые белила —
основной карбонат свинца 2РЬСОзРЬ(ОН)2. Это вещество применяли как
лекарство, косметическое средство и краску.
Второй "расцвет свинца" приходится на средние века. Свинец широко
применяли после изобретения пороха для изготовления пуль, с появлением
книгопечатания свинец обрел еще одну профессию — из него начали
отливать литеры. Из свинца делали крыши дворцов и церквей, оконные
переплеты.
С появлением двигателей внутреннего сгорания, ростом
машиностроения и химической промьшшенности свинец пережил свой третий расцвет,
который продолжается и будет продолжаться.
КАДМИЙ ОТКРЫЛИ в МЫШЬЯКЕ Хотя кадмий постоянно сопутствует
цинку во многих его4)удах, многие
тысячелетия об этом элементе люди не знали. Только в начале прошлого века
немецкий аптекарь, а впоследствии владелец химической фабрики Карл
Герман (1765—1846 гг.) открыл этот элемент, да и то, как говорится, с
перепугу.
Осенью 1817 г. при проверке магдебургской аптеки Германа комиссия
под руководством окружного врача Р.Ролова среди других препаратов
обнаружила окись цинка, из которой под действием слабого раствора
сероводорода выделялся желтый сульфид. Комиссия заподозрила, что это
сульфид мышьяка и тут же запретила Герману продажу этой изготовленной им
окиси цинка. Герман и Ролов сначала регшши не поднимать скандала до
проверки, есть ли следы мышьяка в окиси цинка, но Ролов в январе 1818 г.
не удержался и поставил своего начальника К.В.Хуфеланда в известность о
подозрительном товаре аптекаря. Хуфеланд написал строгий циркуляр,
который привел Германа в ужас. Он начал исследование своего препарата и,
представьте себе, не обнаружил в нем и следов мышьяка, зато открыл
новый элемент!
Указания на то, что в окиси цинка содержится еще какое-то вещество
дал еще осенью 1817 г. геттингенский профессор Фридрих Штромейер. Он
тоже занимался ревизией аптек и однажды, нагревая карбонат цинка,
увидел, что он окрашивается в желтый или бурый цвет. Теперь мы знаем, что
эта окраска вызвана небольшими количествами кадмия (окись кадмия
CdO имеет бурый цвет). Сначала Штромейер не обратил внимания на этот
факт. Но получив на проверку от Германа пробы нового сульфида и
карбоната и проанализировав их, он опубликовал работу об открытии нового
элемента кадмия. Штромейер выбрал это название от латинского слова
"кадмея форнакум" — печные вьшомки*. В следующей публикации он
* Согласно другим источникам, название "кадмий происходит от греческого
слова "кадмея", которым обозначали цинковую руду, найденную финикийцем Кадмом.
Прим. перев.
14

сообщил, правда, что без проб Германа ему не удалось бы найти новый
элемент.
После открытия кадмия разыгралась небольшая интрига, ибо на
приоритет его открытия начал претендовать и Ролов (ему Герман тоже послал
пробы сульфида и карбоната). Но с течением времени его кандидатура
отпала, а Штромейер полностью отказался от приоритета в пользу
Германа. Все же в истории химии открывателями кадмия считаются Герман и
Штромейер.
В ТЕНИ ВЕЛИКАНОВ? Рассматриваемые в этом разделе
металлы широко применяются во многих
областях науки и техники. Да и в повседневной жизни людей их значение очень
велико, особенно свинца и цинка. Почему же этот раздел мы назвали "В
тени великанов"? Кто же эти великаны" и кто "карлики"? Проследим за
практическим применением элементов. Научно-технический прогресс
последних лет показывает, что элементы, считавшиеся ранее" чисто
академическими", т.е. представляющими интерес только для ученых, стали
необходимыми и очень ценными. Это полностью относится к германию и
кадмию. Бурное развитие высокочастотной и информационной техники,
совершенствование контрольно-измерительных приборов,применение
энергоисточников на базе полупроводников во многом стали возможными
потому, что мы научились получать германий высокой чистоты. И "незаметный"
кадмий тоже стал металлом сегодняшнего дня. Он очень хорошо поглощает
тепловые нейтроны и поэтому с успехом используется для регулирования
нейтронного потока в ядерных реакторах. Кадмий используют также для
антикоррозионных покрытий (кадмирования) в качестве компонента
разных сплавов — подшипниковых, легкоплавких и т.д.
Поставив эти металлы "в тень великанов", мы хотели только сказать,
что их открытие, а часто и их первоначальное применение не были столь
блистательными, как у многих других элементов.
СТОЛПЫ ЦИВИЛИЗАЦИИ
(железо^ кобальт, никель)
СТРАННЫЙ ТАНЕЦ ^ конце XVIII века русский астроном
МАГНИТНОЙ СТРЕЛКИ Петр Борисович Иноходцев (1742-
1806 ггО занимался исследованиями в
Курской губернии. И при всех обмерах и разметках магнитная стрелка
компаса отклонялась от направления на север. Иноходцев сообщил об этом
своему начальству в Петербург, но ответа не получил. Прошло еще 90 лет,
и другой русский ученый, приват-доцент И.Н.Смирнов из Казани, тоже
обнаружил в этом районе подобное явление. Смирнову повезло больше — он
опубликовал свои результаты и в 1883 г- профессор Н.Д.Пилыциков из
того же Казанского университета по поручению Русского географического
общества начал точные исследования этой своеобразной магнитной
аномалии. В последующие годы аномальное поведение магнитной стрелки
наблюдалось во многих местах Курской губернии. Напрашивался вывод, что
142

эти отклонения вызваны мощными залежами железной рудьь Ученая
комиссия под руководством профессорбв Пилыцикова и Е.И.Лейста из
Московского университета, а также директора Парижской магнитной
обсерватории Муро с 1896 г. повела систематические исследования на
территории Курской губернии.Но скоро их пришлось прекратить. Проведенные
по инициативе Лейста в 1898 г- первые пробные бурения на глубину 213 и
247 м не дали результатов — руды извлечено не было. И здесь начали
действовать совсем уже не научные факторы — ограниченность правительства,
недоброжелательство и непонимание "ученых коллег" Лейста. Все это
привело к преждевременному окончанию изысканий. Но Лейст не сдался. Он
продолжал свои исследования практически в одиночку, постоянно
конфликтуя с правительством и местными властями. И что же? До 1910 г. он
сумел провести более 4000 наблюдений. Но несмотря на накопленный им
впечатляющий материал, денег на повторное бурение Лейст не получил.
Потерявший здоровье от непрерывных конфликтов и переутомления
ученый скончался в 1918 г. в Бад-Наугейме.
Победа Великой Октябрьской сош1алистической револющш дала
новый стимул к исследованию Курской магнитной аномалии. В августе
1920 г. бьшо принято постановление правительства, в котором отмечалась
исключительная важность разведочных работ на территории Курской
магнитной аномалии. Постановление обязывало все гражданские и военные
власти оказывать содействие этим работам без всякого бюрократизма.
Уже в следующем году на поверхность были извлечены из разведочной
скважины первые железные кварциты. Начали бурить следующие
многочисленные скважины и вскоре были добыты новые образцы железной руды. Но
вторая мировая война нанесла серьезный удар планам использования
курской руды. Уже готовые шахты, горные выработки и поселения были
разрушены фашистами и потребовались огромные усилия, чтобы 17 июля
1952 г., добыть из опытной шахты на поверхность первую железную руду. С
этого времени месторождение руды систематически разрабатывается.
Кладовые КМА вмещают около 10 квадриллионов тонн железной руды, Это
самое богатое месторождение мира.
Расскажем еще об одной магнитной аномалии. В 1953 г. пилот М.Сурга-
тунов, пролетая над казахской степью, обнаружил близ Кустаная сильное
отклонение магнитной стрелки компаса. Летчик еще не раз пролетал в
этих местах и убедился, что ошибка исключена. Он доложил о своих
наблюдениях и за дело взялись геологи. Как и следовало ожидать, здесь
оказалось гигантское месторождение железной руды, В 1954 г. близ
Кустаная начали строить город Рудный, а в 1957 г. электровоз, построенный
в Хеннигсдорфе (ГДР), вывез из карьера шириной 1 км и длиной 3,5 км
первый 100-тонный вагон с рудой. Сейчас сооруженный здесь Соколовско-
Сарбайский горно-обогатительный комбинат дает в год десятки
миллионов тонн железорудных окатышей.
Сравнивая историю открытия двух магнитных аномалий, мы понимаем,
что быстрый ввод Соколовско-Сарбайского месторождения в строй
свидетельствует о громадных возможностях общества, строящего коммунизм.
14

ТРУДНОСТИ НАДО
ПРЕОДОЛЕВАТЬ
Перенесемся в древность, дорогой
читатель! До чего же трудно приходилось
нашим предкам находить нужные им
металлические материалы. Все их находки были случайными, а масштабы
производства металла — очень небольшими. Как мы уже говорили, человек
познакомился с железом вскоре после меди, но думать о получении железа
из руд он смог лишь пглле того, как было освоено производство бронзы.
Ведь люди вначале встречались с железом очень редко. Оно попадалось в
самородном виде, в виде вкраплений в базальт или в виде железных
метеоритов. Но в конце концов люди научились получать железо из руд, сначала
так называемым сыродутным способом. При этом способе железную руду
закладывали в яму с достаточным количеством древесного угля и
нагревали. Горение угля поддерживалось естественной тягой или мехами.
Получаемые при таком процессе температуры слишком низки, чтобы железо
расплавилось, поэтому в сыродутном горне после окончания плавки
оставались слипшиеся куски тестообразного железа со шлаком. В этом железе
содержалось мало углерода и оно поэтому бьшо ковким. Куски такого
железа назывались крицами; под мощными молотами они сваривались в
монолитные куски.
В древности ямы для выплавки железа и сооруженные для этой цели
сыродутные горны были относительно небольшими, а в средние века их
начали заменять маленькими шахтными печами — предшественницами
современных доменных печей. Параллельно этому внедрялись воздуходувные
меха с водяным приводом: ведь в шахтные печи загружали больше руды и
угЛя, поэтому требовалось и больше воздуха. Но все это неизбежно
приводило к повышению температуры в печи, а при повышенной температуре
получается богатый углеродом железный расплав (чугун). Тем самым металлзф-
ги оказались в затруднительном положении, поскольку чугун нельзя
ковать. Правда, вскоре они научились нагревать чугун с подводом воздуха и
превращать его таким путем в обычное ковкое железо.
Большой скачок в черной металлургии произошел в конце ХУШ века.
Изобретение паровых машин и железной дороги потребовало от
промышленности производства железа в больших количествах. Вместо древесного
угля, возможности производства которого все время уменьшались (ведь
его получали из дерева и для нужд черной металлзфгии приходилось бук-
i
т'
Кинжал с богато украшенной
золотом рукояткой и железным клинком
из гробницы фараона Тутанхамона
(около 1350 г. до н.э.)
Финикийский декоративный топорик
с бронзовым обухом и железным
клинком
144

вально сводить леса), начали
применять каменный уголь, а
потом и кок с, служив ший не
только топливом, но и
восстановителем железной руды. Во
второй половине XIX столетия
процесс обработки чугуна был
заменен конверторным и
мартеновским процессами.
Современные способы
производства стали разделяются на
подовые и конверторные. К
подовым способам относятся
мартеновский и электропечной, к
конверторным — бессемеровский,
томасовский и
кислородно-конверторный. При подовых
способах источниками тепловой
энергии, поступающей к чугуну и
железному лому, служат факел
пламени или электрическая
дуга; жидкий чугун с ломом и
рудой или только лом
перерабатываются в сталь. В
конверторных процессах необходимое
тепло получается в результате
сгорания (окисления)
содержащихся в чугуне примесей:
углерода, кремния, марганца,
фосфора. Сырье — жидкий чугун.
Кузнечная печь с мехами (из книги Г. Агрико-
лы "Царствометаллов")
к которому для "охлаждения" плавки добавляют железный лом.
Рассмотрим, не углубляясь в историю, совремершые способы выплавки
стали. Мартеновский способ, изобретенный Э. и П.Мартенами и Ф. и В.Си-
менсами, состоит в том, что на подину печи загружают чугун с добавкой
металлолома (или только металлолом) и расплавляют эту шихту факелом от
сгорания газа или мазута. Высокая температура достигается в печи благодаря
тому, что воздух для горения нагревается в регенераторах печи. Именно
эти регенераторы и стали основой мартеновского процесса, появившегося
в 1864 г. Подовые печи, подобные мартеновским, существовали и раньше
(они назывались пудлинговыми), но температура в них была слишком
низкой, чтобы железо расплавилось и превратилось в сталь. В пудлинговых
печах получали практически то же сварочное железо, что и в средние века,
Установка на печах регенераторов и попеременная работа двух головок
мартеновской печи позволили значительно повысить температуру процесса и
перевести сталь из тестообразного состояния в жидкое. Регенераторы были
изобретены Ф. и В.Сименсами для стекловаренных печей, где необходима
очень высокая температура, а отец и сын Мартены приспособили их для
металлургических печей.
10 Библиотечная книга
145

Электропечной способ производства стали был изобретен в конце
прошлого века. Здесь источником тепла служит электрическая дуга. В печь
загружают обычно металлолом и расплавляют его дугой, горящей между
электродами и металлической шихтой. В электропечи можно создать
любую желаемую атмосферу и очень точно выдерживать необходимую
температуру. Поэтому в электропечи из стали можно удалить вредные примеси.
Этот метод применяется для производства высококачественных сталей*.
Первый конвертор создал английский механик Генри Берсемер в 1854 г.
Конвертор - грушеобразный сосуд, выложенный огнеупорами
(бессемеровский конвертор бьш выложен кремнеземистым кирпичом). В эту
"грушу" заливают жидкий чугун и продувают его воздухом через отверстия
в днище. Из чугуна выгорают примеси и получается сталь. Однако дело
обстоит не так просто. Такая вредная примесь, как фосфор, в
бессемеровском конверторе не выгорает, потому что получающийся при горении
фосфорный ангидрид Рг Од может вступать в реакщпо только с основаниями,
а кремнезем, которым выложен конвертор, представляет собой кислотный
окисел. Поэтому изобретение Бессемера не могло открыть дорогу для
использования богатейших месторождений лотарингских руд, содержащих
много фосфора. Тогда в дело вмешался английский химик Сидней Джил-
крист Томас. Он предложил конвертор с основной кладкой. Теперь окись
фосфора реагировала с материалом кладки и ее можно было удалять после
окончания плавки в виде шлака. Самое интересное, что этот шлак оказался
весьма ценным удобрением.
С течением времени конверторные процессы были постепенно вытеснены
мартеновским и электропечным. Дело в том, что в промышленно развитых
странах накопилось очень много железного лома, а переплавлять его в
конверторах можно лишь в незначительных количествах. Мартеновские
печи триумфально шествовали по всему миру. Но конверторщики не дремали
и в 1948 г. был предложен, а в 1952 г. осуществлен в промышленном
масштабе новый способ производства стали — кислородно-конверторный.
Кислородные конверторы не имеют отверстий в днище**,В "грушу" заливают
жидкий чугун и продувают его кислородом через специальную фурму, в
результате чего развивается высокая температура (до 2500^С). В таком
конверторе можно переплавлять довольно большие количества скрапа.
За 30 лет" существования кислородно-конверторного процесса он
изрядно потеснил позиции мартенов. Во многих промышленно развитых странах
безжалостно сносят старые мартеновские цехи и заменяют их
конверторными, более производительными и экономичными. А в такой стране, как
Япония, г^е металлургия начала по-настоящему развиваться лишь в 60-х
годах, практически всю сталь выплавляют в конверторах. Действительно,
конверторы не нуждаются в топливе, а запасов кислорода в атмосфере
хватит надолго, тем более, что они постоянно пополняются
растительностью нашей планеты.
* в последнее время считается целесообразным использовать дуговые печи для
выплавки и рядовых марок стали. Прим. ред.
** Находят применение и кислородные конверторы с нижним дутьем. Прим.ред.
146

Но процесс изготовления стали не заканчивается выжиганием
примесей из чугуна. Ведь при горении примесей в металл попадает кислород,
который необходимо удалить, или, иначе говоря, раскислить металл. Для
этого в него добавляют марганец, кремний или алюминий (марганец и
кремний вводят обычно в виде соответствующих ферросплавов) —
элементы, имеющие большое химическое сродство к кислороду. При этом
протекают реакции типа
Мп + FeO = МпО + Fe.
Полученный окисел всплывает в шлак и его можно легко удалить.
Если требуется получить сталь особо высокого качества, то жидкий
металл обрабатывают в вакууме. В последнее время начали в вакууме
переплавлять стальные слитки. При такой обработке (или переплаве) из
металла удаляются растворершые газы и металлические примеси с низкой
температурой кипения. Пока вакуумная металлургия относительно дорога, но
будущее за ней, так как она обеспечивает высокое качество металла.
Мы уже говорили, что сегодня многие редкие металлы определяют
развитие техники, но все же железо пока остается одним из важнейших
столпов научно-технического прогресса. Достаточно сказать, что мировое
производство стали давно перевалило за 700 млн. т в год и можно не бояться,
что оно снизится. Наконец, напомним о богатствах той же Курской
магнитной аномалии. Ведь если бы в мире не осталось других железорудных
месторождений, то ее запасов при нынешних цифрах производства хватило
бы на 15 тысяч лет!
О ГОРНЫХ ДУХАХ в средние века горняки и металлурги
И ПУШКАХ (КОБАЛЬТ) называли руды, Которые были похожими
на обычную руду, но при плавке не
давали ни одного из семи известных металлов (золота, серебра, меди,
свинца, железа, ртути и олова), "кобальтами". Тогда считали, что горные
духи (кобольды) мешают выплавке металлов. Впоследствии кобальтами
называли все трудно проплавляемые руды.
Трудно сказать, были ли в древности известны красящие свойства
кобальтовых соединений. Во всяком случае нам известны несколько
стеклянных предметов, содержащих небольшие количества окиси кобальта.
Археологи относят их к древним временам. Считается, что красящие
свойства кобальтовой руды первым обнаружил чешский стеклодел Кристоф
Шюрер примерно в 1540 г. В 1660 г. в Рудных горах Саксонии, в Оберш-
леме, была построена фабрика по производству синей краски. Вначале
на ней кобальтовую руду обжигали, размалывали и плавили без всяких
добавок. Позже к руде стали добавлять карбонат калия (поташ) и песок.
Получалось синее стекло — смальта, которую вьшивали в воду, измельчали
и отмывали от растворимых примесей. Смальта в виде кубиков и
пластинок до сих пор служит для мозаичных работ.
Металл, лежащий в основе "кобальтов", был открыт только,в 1735 г.
шведским химиком Георгом Брандтом (1694—1768 гг.). Он три года
изучал медицину и химию в Лейденском университете, а в 1726 г. получил
звание доктора медицины в Реймсском университете. По пути на родину он
10* 147

ознакомился с горным делом и металлургией в Гарце. В 1727 г. Брандт
получил место в Горном управлении в Стокгольме. После ликвидации
этого учреждения Брандт стал работать на Монетном дворе. Здесь ему и
удалось выделить кобальт. В своей работе 1735 г, и в дальнейших
исследованиях Брандт доказал, что выделенный из кобальтсодержащих
висмутовых руд висмут неоднороден; он содержит некий "металлоид", а именно
кобальт. "Металлоидами" Брандт называл вещества, которые по своему
внешнему виду и плотности были похожи на металлы, но не были ковкими.
Он относил к этому классу веществ, кроме кобальта, мышьяк, сурьму,
висмут, цинк и ртуть)
Хотя выделенный Брандтом кобальт и был еще изрядно загрязнен
висмутом, химик сумел показать ряд принципиальных различий между этими
двумя "металлоидами". Висмут легче, чем кобальт, образовывал
амальгамы, температура плавления кобальта была значительно выше, при
разбавлении раствора кобальтовых солей не выпадало осадка, т.е. не
происходило гидролиза.
После открытия кобальта химики узнали его свойства и свойства его
соединений, но техническое значение этот металл приобрел лишь в нашем
столетии. В 1910 г. было обнаружено, что сплавы хрома и кобадьта
обладают большой твердостью, которая уменьшается очень незначительно даже
при высоких температурах. Сегодня для изготовления режущего
инструмента широко применяются "стеллиты" — сплавы хрома, вольфрама и
кобальта. При обработке металлов резанием они допускают гораздо более
Кобальтовая пушка для лечения гамма- высокие скорости резания, чем
лучами быстрорежущие стали. Той же
цели служат и другие твердые
сплавы. Основным носителем
твердости в них являются
тугоплавкие карбиды вольфрама,
молибдена, титана и тантала, а
спекают их вместе с
кобальтовым или никелевым порошком.
В последнее время в качестве
источника гамма-лучей большое
значение приобрел изотоп
кобальта с атомной массой 60,
период полураспада которого
равен 5,26 лет. Его используют
в так называемых кобальтовых
пушках для неразрушающих
испытаний материалов и (в очень
большом объеме) в медицине
для борьбы с раком. Так как
кобальт-60 можно получать ат-
носительно дешевым способом,
облучая обычный кобальт
нейтронами в ядерных реакторах,
кобальт в медицине почти пол-
148

ностью вытесюш дорогостоящий радий. И теперь медики располагают в
достаточном количестве веществом для борьбы с одним из самых
страшных заболеваний.
Но было бы неверным оставить в стороне и то, что гамма-лучи
кобальтового изотопа в руках безумцев могут превратиться не в лекарство, а в
орудие, приносящее человечеству нужду и нищету. Мы имеем в виду
разработанную в США кобальтовую бомбу. Это обычная водородная бомба,
заключенная в кобальтовую оболочку. Образующиеся при взрьгое
водородной бомбы нейтроны облучают обычный кобальт-59 и превращают его
в радиоактивный изотоп кобальт-60, который своим гамма-излучением
увеличивает поражающую способность бомбы. На этом примере видно,
как необходимо усилия всех миролюбивых людей направлять на то, чтобы
научные открытия шли только на пользу человечества.
НИКЕЛЬ - Некоторые никелевые сш1авы выш1ав-
ТОЛЬКО ЛИ РУГАТЕЛЬСТВО? ЛЯЛИ еще в древности, хотя
металлурги того времени и не знали, что в рудах,
с которыми они имели дело, содержится никель, В Китае примерно четыре
тысячелетия назад делали предметы из сплава никеля с медью и цинком. Но
в Европе изделия из этого сплава (его называли "пактхонг" или "пак-
фонг") стали известными только в XVIII веке (нашей эры,разумеется). В
Древней Греции сплав Меди с 20 % никеля использовали за два столетия до
нашей эры для чеканки монет. Еще в давние времена люди изготовляли
мечи и другое оружие из метеоритного железа, но не могли объяснить,
почему это оружие обладает высокой прочностью, вязкостью и стойкостью
против коррозии. Теперь мы знаем, что железные метеориты состоят в
среднем из 91 % железа, 8 % никеля и 0,6 % кобальта, а ценные свойства придает
метеоритному железу именно никель.
Само слово "никель" было первоначально чем-то вроде ругательства на
горняцком жаргоне. Мы уже знаем, что элемент кобальт своим именем
обязан горным духам, которых в то время часто называли
"никель-кобольдами". Словом "купферникель" горняки з средние века называли руду,
которая имела такой же красный цвет, как и медная, но из которой никакими
силами не удавалось выплавить металл. Горняки считали, что это каверзы
злых горных духов, и добавили к благородному названию меди
(по-немецки — "купфер") презрительную кличку "никель".
Металлический никель был впервые выделен шведским химиком,
горняком и металлургом Акселем Фредриком Кронстедтом (1722—1765 гг-) в
1751 г. Он приобрел солидную подготовку в области горного дела и
металлургии еще до того, как в 1746 г. занялся химией под руководством
Брандта в Стокгольме,
В 1751 г. Кронстедт исследовал кажзоцуюся медной руду
("купферникель") из шведской кобальтовой шахты. Но все его попытки получить
из этой руды медь остались безуспешными. Выветренная руда была
покрыта зелеными кристаллами. Кронстедт нагрел их и восстановил углем
при высокой температуре. Получился белый металл, который химик назвал
никелем.
Но несмотря на открытие никеля многие химики остались при мнении,
149

что "купферникель" все-таки медная руда. Лишь работа Торберна
Бергмана, опубликованная через 15 лет после открытия Кронстедта, положила
конец спорам об этой руде. Бергман получил никель большей чистоты, чем
Кронстедт, сумел исследовать свойства этого металла и его соединений-
Поводом для первого практического применения никеля был конкурс,
объявленный Берлинским обществом в поддержку ремесел. Условием
конкурса было отыскание дешевого и устойчивого к действию пищи
сплава, который к тому же был бы похож на серебро. Эта задача была решена в
1823 г. Э.А.Глейтнером, разработавшим медноникелецинковый сплав. Он
содержал 75 % меди, 18 % никеля и 7 % Щ1нка. Сплавы подобного состава
вскоре вошли в моду и поступили в продажу под названиями "альпака",
"нейзильбер", искусственное серебро, "китайское серебро", "аргентан" и
т.д. В 1843 г. английский ученый Майкл Фарадей (1791-1867 гг.)
разработал способ гальванического никелирования. Никелирование предметов с
целью защиты их от коррозии и создания промежуточного слоя
(подложки) для последующего хромирования стало важной областью применения
никеля. Ковкий никель в Германии бьш впервые получен в 1879 г.: для
придания металлу пластичности в жидкий никель добавляли магний и
марганец. Но резко возросло потребление никеля лишь тогда, когда людям
стали известны его ценные свойства как компонента стали. Никелевые
стали отличаются высокой твердостью и в то же время хорошей
пластичностью. Черная металлургия сегодня — один из самых крупных потребителей
никеля. Но и сплавы никеля с медью, хромом, вольфрамом и некоторыми
другими металлами имеют большое значение в современной технике. Из
множества прочих применений никеля следует упомянуть еще химический
катализ: никель (преимущественно в виде металла) применяют при
гидрировании самых разнообразных веществ в качестве катализатора.
Если рассмотреть все области использования никеля, то станет ясно,
что этот металл занимает сегодня одно из ведущих мест среди
промышленных металлов.
О ТЯЖЕЛЫХ РУДАХ
И ВАЖНЫХ РЕДКОСТЯХ
(xpoMj молибден^ вольфрам,
марганец, рений)
урпм R -сикыргтспм ^ ^^'"^ ''''^^ ^^"^ ^^""^ ^ 0^^^^^ нашли
ZAcLufB^ur ^™'Р^' ^"'"Р"^ ^^-^^ ^^° красновато-
КРЛСНОМ СВИНЦЕ го цвета назвали крокоитом
(по-гречески "крокос" - шафран). М.В.Ломоносов описал его как вещество большой
плотности. Химический состав этого минерала бьш определен в 1766 г.
химиком И.Г.Леманом, В начале своей деятельности Леман бьш директором
шахт в Пруссии и доцентом в Берлине, а с 1761 г. работал в России
профессором химии и директором Русского музея в Петербурге. По требованию
императрицы Екатерины II он предпринял длительное путешествие по
России. Тут он и нашел крокоит, названный "сибирским красным сринцом"
(химическая формула этого минерала РЬСг04, т.е. это хромат свинца).
150

Леман обнаружил в крокоите свинец и одновременно отметил,*что
солянокислый раствор крокоита при нагревании приобретает темно-зеленый цвет,
вызванный, как мы теперь знаем, образованием комплексных ионов
трехвалентного хрома. Леман же не смог правильно объяснить появление этой
окраски.
Больше повезло французскому ученому Луи Никола Воклену, которому
были переданы лемановские пробы красной сибирской руды. Разложением
этого минерала Воклен занялся в 1789 г. Через восемь лет он нашел в
загадочном камне связанную со свинцом "кислоту", которая бьша окислом
какого-то металла. Воклен сплавил тонКоизмельченный минерал с
карбонатом калия и растворил этот сплав в воде. Получившиеся карбонат свинца и
гидроокись свинца выпали в осадок, а фильтрат желтого цвета был
обработан добавкой солей двухвалентного свинца и одновалентной ртути. При
добавке свинца получился желтый осадок РЬСг04, а при добавке ртути —
темно-оранжевый осадок Hg2Cr04- Желтый фильтрат (мы понимаем, что
это был раствор хромовокислого калия) восстанавливался хлоридом
олова S11CI2 и из него выпадал осадок, цвет которого в зависимости от
условий обработки менялся ciT светло-синего до темно-зеленого. Это была
гидроокись хрома Сг(ОН)зН^О. В результате ее нагрева получалась окись
хрома СггОз желтовато- или голубовато-зеленого цвета. Такое
разнообразие цветов [в процессе опытов у Воклена получался еще и фиолетовый
раствор трехвалентного иона| Сг(Н2 0)б*]. дало химику повод назвать
лежащий в основе окиси хрома элемент "хромом", что по-гречески
означает цвет.
Почти одновременно с Вокленом хром в "сибирском красном свинце"
открыл и уже знакомый нам Мартин Клапрот, аптекарь и профессор химии
в Берлине. Несколько позж^ Воклен, исследуя перуанский изумруд и
берилл, обнаружил элемент бериллий (об этом мы уже рассказывали). Таким
образом, этому французскому химику очень повезло — за короткий
период ему удалось открыть два элемента, точнее их соединения. Наконец, в
1799 г. немецкий химик Тасферт, работавший несколько лет в Париже,
обнаружил хром в наиболее широко распространенной и самой важной
руде — хромите.
После того как Воклен выделил важнейшие соединения хрома, он
попытался восстановить окись хрома. Однако поскольку для восстановления
ученый пользовался, как обычно, углеродом, хром получился сильно
загрязненным карбидами. Чистый хром сумел получить лишь Бунзен в 1854 г.
путем электролиза водного раствора хлорида хрома. Он уже знал, что от
силы тока при электролизе зависит, что будет получено — водород, окись
хрома, закись хрома или металлический хром. В наши дни на многие
металлические детали наносят электролитическим путем хромовые покрытия
для защиты от коррозии, повышения износостойкости и в декоративных
целях.
Именно трудности получения металлического хрома и привели в 90-х
годах прошлого века немецкого химика Ганса Гольдшмидта к изобретению
способа восстановления окислов хрома и многих других
трудновосстановимых окислов металлов. Восстановителем при этом служит алюминий,
имеющий большое химическое сродство к кислороду, что позволяет ему
151

отнимать кислород практически у всех металлов. Об этом способе
"алюминотермии" Гольдшмидт доложил в сентябре 1897 г. на съезде
естествоиспытателей в Брауншвейге. Алюминотермическим способом в наше время
получают основную массу технически чистого хрома:
СгзОз + 2А1 = 2Сг + AI2O3 + Q.
Чистота хрома, получаемого этим способом, составляет около 99 %.
Образующаяся окись алюминия используется как искусственный корзшд для
шлифования и полирования, что еще больше повышает экономичность
способа. Хром высокой чистоты получают путем дегазации в вакууме
электролитического хрома, восстановления хлорида хрома СгС1з кальцием
в расплавленном хлориде кальция или из газовой фазы (этот способ мы
уже описывали, когда рассказывали о титане).
ОПЫТЫ С "ВОДЯНЫМ СВИНЦОМ" Своим названием элемент молибден
(МОЛИБДЕН) обязан тому обстоятельству, что
минерал молибденовый блеск (молибденит)
M0S2 часто путали со свинцовым блеском (галенитом) PbS с Древние греки
и римляне словом "молибдена" называли преимущественно свинцовый
блеск и другие свинцовые руды (свинец по-гречески — "молибдос").
В конце концов это название начали применять и к другим веществам,
оставляющим при писании темный след. К этим веществам относились
графит и молибденовый блеск. Все эти три вещества получили названия;
"водяной свинец", "черный свинец" и "слоистый свинец". До XVIII столетия
многие химики считали, что графит и молибденовый блеск — это одно и то
же вещество. Это неудивительно, так как во многом они схожи. И графит,
и сульфид молибдена MoS^ мягкие, жирные на ощупь вещества, хорошо
расслаивающиеся. Много общего в химическом и термическом поведении
обоих веществ.
Лишь Карл Вильгельм Шееле сумел распознать различие в природе
графита и сульфида молибдена. В 1778 г., т.е. через год после выпуска работы о
горении (о ней мы уже говорили), Шееле опубликовал в трудах
Королевской шведской академии наук работу под названием "Опыты с водяным
свинцом, молибденом". При обработке молибденового сульфида азотной
кислотой Шееле получил (наряду с серной кислотой) белый осадок, или
"землю", которую он назвал молибденовой кислотой, так как она обладала
кислотными свойствами. Это был, по современным воззрениям, оксигид-
рат МоОз • 2Н2 О, сначала выделяющийся из растворов молибдатов в виде
кислоты, а при нагревании отщепляющий воду и переходящий в оксигид-
рат. В противоположность "водяному свинцу" при опытах Шееле "слоистый
свинец" (под этим надо понимать графит) под действием
концентрированной азотной кислоты почти полностью перешел при нагреве в "связанный
воздзос". Отсюда Шееле заключил, что графит представляет собой уголь,
содержащий некоторое количество флогистона и "связанного воздуха".
Выделить содержащийся в "молибденовой кислоте" металл удалось в
1781 г. шведскому химику, впоследствии директору химической
лаборатории. Горной коллегии в Стокгольме Петеру Якобу Гьельму (1746-
1813 гг.). Поскольку у Шееле не было плавильного тигля, он попросил
Гьельма восстановить "молибденовую кислоту" углем. Для получения по
152

возможности однородной смеси уголь и "молибденовую кислоту"
смешивали в льняном масле и полученную пасту нагревали в закрытом тигле до
высокой температуры. Льняное масло разлагалось, а образующийся
углерод восстанавливал окисел до металла. Правда, молибден получался
сильно загрязненным карбидами.
Работу о выделении металлического молибдена из "водяного свинца"
Гьельм опубликовал лишь в 1790 г. Но из письма Шееле своему другу
Бергману, датированного 28 сентября 1781 г., мы знаем, что именно в это
время Гьельм уже занимался восстановлением "молибденовой кислоты".
Точный состав "молибденовой кислоты" определил 40 лет спустя Берце-
лиус. Он же определил и атомную массу молибдена при анализе молибдата
свинца РЬМо04. Затем ему удалось, восстанавливая окись молибдена МоОз
водородом, получить относительно чистый молибден. И в наше время для
получения молибдена из окиси используют восстановление водородом.
Молибден, как и хром, до конца XIX века практически не находил
применения в технике. Только когда он сумел проявить себя как легирующий
компонент в инструментальных сталях, его стали считать оцень ценным
металлом. В природе молибден встречается относительно редко и в малых
концентрациях. Важнейшие руды молибдена — молибденит Mosj и
вульфенит (желтая свинцовая руда) РЬМо04. В ГДР молибден имеется в Рудных
горах в районе Мансфельда. Содержание молибдена в мансфельдской
медной руде составляет 0,01—0,02 %. Но при комплексной переработке этой
руды, которая, кроме меди и молибдена, содержит еще никель, кобальт,
рений, серебро, золото и другие металлы, производство молибдена из нее
становится вполне экономичным. После выплавки из руды меди
(получения медного штейна) обрабатывают так называемый "железный остаток".
Его плавят с получением расплавленного молибденсодержащего железа.
К жидкому железу добавляют расплавленный сульфат натрия. Расплав
застывает; в нем содержится, в частности, молибдат натрия. Застывшие
куски дробят и размалывают, а из полученного порошка вышелачивают
молибдат натрия. Затем его обрабатывают и получают сульфид
молибдена, обжигают его до получения окиси молибдена МоОз и восстанавливают
ее водородом до чистого молибдена. Ежегодно перерабатывают 2500 т
этой массы, получая 80-100 т молибдена, который используют для
выплавки качественных сталей.
*
ВОЛКИ, ПОЖИРАЮЩИКОЛОВО, Основные руды вольфрама - это ше-
И ТЯЖЕЛЫЕ КАМНИ (ВОЛЬФРАМ) елит (тунгстейн) CaW04 и вольфрамит
(Fe,Mn)W04- Оба эти минерала
сыграли важную роль при открытии и выделении вольфрама, обладающего
наивысшей среди металлов температурой плавления — более 3400°С.
Вольфрамит был известен еще в средние века. Агрикола нашел его и
назвал "спума люпи", что означает буквально "волчья пена" или "волчья
накипь" (по-немецки это звучит как "вольфрам"). За что же такая
немилость? Дело в том, что в те времена металлурги Рудных гор заметили,
что в добываемой ими оловянной руде иногда имеется сопутствующий
минерал, затрудняющий выплавку олова. Считалось, что волк подмешивает
свою пену (или слюну) к оловянной руде и пожирает олово. Поэтому не-
153

желательный спутник олова (т.е. вольфрамит) и был назван вольфрамом.
Но его химическая природа долгое время оставалась неизвестной. Впервые
им занялся И.Г.Леман в 1761 г. Он сплавил вольфрамит с нитратом натрия
и вылил расплав в воду. Раствор был зеленым, но через некоторое время
стал фиолетовым. Леман не стал заниматься дальнейшим исследованием
этого явления. Теперь мы знаем, что у него при окислительной плавке
получился зеленый раствор манганата, который в водном растворе
переходит в перманганат и двуокись марганца:
ЗМп05-+4Н* = 2Мп04 + 2Мп021 + 2Н2О.
Из водного раствора Леман добавкой кислоты осадил "стеклянную
землю" (W03'2H20), которую не смог идентифицировать.
Позже множество загадок химикам задал и другой минерал вольфрама —
шеелит, или тунгстейн, как его называли в Швеции (по-шведски — тяжелый
камень). Временами считали, что этот минерал — соединение железа, олова
или мышьяка. Впервые как самостоятельный минерал его описал
А.Ф.Кронстедт, открывший никель.
Раскрыть природу вольфрама, как и молибдена, удалось К.В.Шееле. В
начале 1781 г. он опубликовал свою работу "Составные части тяжелого
камня". В ней загадочный минерал был классифицирован как кальциевая
соль "особой кислоты", т.е. вольфрамовой кислоты WOs'2H2 0. Кроме
того, Шееле провел четкое различие между открытой им в 1778 г.
молибденовой кислотой и найденной позже вольфрамовой кислотой (Шееле
называл ее тунгстеновой; и сейчас в некоторых западно-европейских странах
вольфрам называют тунгстеном).
Металлический вольфрам (правда, не очень чистый) был выделен
впервые испанскими химиками Фаусто и XjfaHOM Хо^е де Элуяр (1755—1833 и
1754—1796 гг.). Оба они обучались химии, металлургии и горному делу во
Фрейбергской горной академии. В 1783 г., когда они получили металличес-
Двойная вольфрамовая спи^ КИЙ вольфрам, Фаусто де Элуяр был профес-
раль для лампы накаливания ' Й^ом в горном училище в Венгаре
(Испания) .- Здесь оба исследователя
анализировали вольфрамит и нашли в нем ту самую
"тунгстеновую кислоту", которую описал
Шееле двумя годами раньше.
Восстанавливая этот окисел (точнее гидроокись) углем,
они получили металлический вольфрам в
виде крохотных шариков размером с
булавочную головку.
Вот так и получил вольфрам свою
"путевку в жизнь". Но много десятилетий еще
прошло, пока его начали использовать в про-
мьшшенных масштабах. Вольфрам
применяли для легирования стали, но по-настоящему
о его легирующих свойствах ничего не
знали. В 1900 г. на Всемирной выставке в
Париже бьши впервые показаны
вольфрамовые инструментальные стали.
154

После 1900 г. все больше вольфрама начали потреблять изготовители
электрических ламп, так как к этому времени научились экономично
изготовлять тонкую вольфрамовую проволоку способами порошковой
металлургии. Вольфрам применяют также для изготовления электродов и
рентгеновских ламп, так как он имеет высокую температуру плавления и низкую
упругость паров.
ФАЛЬШИВЫЙ МАГНИТ История марганца — это история пиро-
ИМИНЕРАЛЬНЫЙ ХАМЕЛЕОН люзита, руды, состоящей в основном из
(МАРГАНЕЦ) окиси марганца МпОг-Алхимики
средних веков его называли "бурым
камнем"; это название впервые встречается в работах Василия Валентина. Это
минерал стального или темно-серого цвета, а бурым он назван потому, что
окрашивал глиняную посуду в коричневый цвет, когда его добавляли в
глазурь. Этот "бурый камень" бьш известен и в древности. Римский
писатель и ученый Плиний Старший (23-79 гг. н.э.) упоминает о применении
пиролюзита в качестве добавки к стеклу; минерал устранял у стекла
желтовато-зеленую окраску (она получается из-за того, что в песке для
изготовления стекла содержится железо). Многие столетия "бурый камень"
считали разновидностью магнитного железнякаРезО4.Плиний назвал этот
минерал в отличие от обладающей сильными магнитными свойствами окиси
железа "женским магнитом". Алхимики тоже отличали "магнезиус ляпис",
т.е. магнитный камень (магнитный железняк), от "магнезиа" или "псевдо-
магнеса", т.е. лже-магнита или пиролюзита. И, наконец, средневековые
стеклоделы, учитывая обесцвечивающее действие пиролюзита, назвали его
"манганес" или "ляпис мангенензис" от греческого слова "манганизейн" —
очищать.
До XVin века химики считали, что в пиролюзите содержится железо.
Лишь в 1774 г. Шееле в работе "О буром камне, или магнезии, и его
свойствах" показал, что в этом минерале нет ни железа, ни "магнезии", ни
извести. Но при исследовании пиролюзита Шееле наткнулся сразу на три
неизвестных в то время элемента.
Сначала он открьш в "буром камне" новую "землю" (окись марганца
МпО), показавшую большое сходство с окисью кальция. При нагреве
пиролюзита с нитратами он получил перманганат калия CaMri04 — одно из
известнейших соединений марганца. Вследствие различных окрасок, которые
приобретают ионы марганцевых khcjiot при восстановлении, Шееле назвал
это соединение "минеральным хамелеоном".
При действии на пиролюзит "мурийной" (соляной) кислоты выделялся
зеленовато-желтый газ, который Шееле назвал дефлогистированной соляной
кислотой; это бьш хлор, элементарную природу которого определил в
1810 г. Г.Дэви. В пробах "бурого камня" бьши вкраплены белые
кристаллы. Шееле исследовал и их и нашел, что это соединение некой новой
"земли" с серной кислотой. Действительно, это бьш сульфат бария BaS04.
Но вернемся к марганцу. Шееле и Бергман вначале были уверены, что
полученная из основного минерала "земля" должна содержать новый
металл. Но выделить его им не удалось. Они предложили Юхану Готлибу
Гану (1745-1818 гг.), ассистенту Бергмана, попытаться выделить предпо-
155

9)
латаемый новый металл. Ган и получил марганец, нагревая "бурый камень
с зо'ольным порошком; правда, металл был загрязнен углеродом. Это слу
чилось в год публикации работы Шееле о пиролюзите. Ган не публиковал
результат своей работы, но из его переписки с Шееле и из других
источников мы знаем, что металлический марганец был впервые выделен в 1774 г.
и получил имя "манганезий". В 1808 г. за ним закрепилось название "ман-
ган", чтобы отличать его от открытого Г.Дэви магния, который он
назвал "магнезиум".
В технике марганец начали применять с 1860 г., когда впервые удалось
осуществить экономичную выплавку желеромарганцевых сплавов в
доменной печи. В 70-х годах прошлого столетия, кроме зеркального чугуна
(чугуна, содержащего 6—30 % марганца), уже выплавляли ферромарганец,
содержащий до 70 % марганца. С начала XX века такие сплавы выплавляют в
электропечах. Промьшшенное применение 96—98 %-ного марганца началось
в Германии с 1895 г. вскоре после открытия Г.Гольдшмидтом метода
алюминотермии. Намного более чистый металл можно получать электролизом
растворов марганцевых солей. И, наконец, дистилляцией марганца
содержание в нем примесей можно свести к минимуму. Таким образом, в нахпем
распоряжении имеется обширный "ассортимент" марганца различной
степени чистоты для самых разных целей. Об этих целях мы расскажем
несколько ниже.
ПОСЛЕДНЕЕ Нам уже не раз представлялся случай
КЛАССИЧЕСКОЕ ОТКРЫТИЕ подробно рассказать о разработанном
ЭЛЕМЕНТА (РЕНИИ) Менделеевым способе предсказания
свойств еще не открытых элементов.
Открытие рения — элемента № 75 — еще один пример, показывающий, как
научный анализ закономерностей, существующих в отношении свойств
элементов, может способствовать целенаправленному научному исследованию.
В 1870 г. Менделеев высказал предположение, что в седьмой группе
должны быть еще два элемента: эка-марганец с атомной массой около 100
и дви-марганец с атомной массой около 190. Но все попытки найти эти
элементы в природе долгое время оставались безрезультатными. И вот
в 1922 г. немецкие химики Вальтер Ноддак (1893—1960 гг.) и Ида Такке
(род. в 1896 г.) начали свои опыты по выделению гомологов марганца из
платиновых руд. Почему именно из платиновых руд? Исследователи
рассуждали следующим образом: свойства элементов группы марганца с
ростом порядкового номера должны изменяться таким же образом, как и
свойства соседних групп — хрома и железа. Таким образом, можно бьшо
предположить, что в случае эка-марганца и тем более дви-марганца
максимальные степени окисления будут более устойчивыми, чем у маргашда.
Последовательно, сравнивая свойства элементов соседних групп, Ноддак
и Такке, ставшие вскоре супругами, делали выводы о прочих важных
свойствах еще неизвестных элементов. Сравнение частоты их встречаемости в
земной коре привело к выводу, что искомые гомологи марганца
распространены в природе очень мало. Поэтому для их обнаружения аналитическим
путем требовалось сначала обогатить руды, в которых они могли бы содер-
156

жаться. По закономерностям распространения элементов в природе
супруги Ноддаки выбрали именно редкие платиновые руды. Но они были
дороги и исследователи не могли достать их в нужном количестве,
поэтому в скором времени пршплось исследовать окисные минералы,
например колумбит (железомарганцевые танталаты и ниобаты) и гадолинит
(силикат железа, иттрия и бериллия). В этих минералах содержались,
хотя и в малых количествах, молибден и рутений, вольфрам и осмий,
т.е. соседи элементов № 43 и 75 по менделеевской таблице.
По оценке супругов Ноддак элемент № 75 должен быть распространен
в земной коре в полмиллиона раз меньше, чем ниобий. Хотя потом и
оказалось, что этот прогноз слишком "пессимистичен", пробы для рентгено-
спектрального анализа готовили так, что содержание искомого элемента
при обогащении должно было повышаться в сто тысяч раз! И что же, рент-
геноспектральный анализ действительно показал, что новый элемент
найден. К такому выводу пришли Вальтер Ноддак, Ида Такке и их ассистент
Отто Берг в 1925 г. При этом ошибка в рассчитанной длине волны
рентгеновской линии элемента не превышала тысячной доли ангстрема
(1СГ^^ см).
В честь земли Рейнланд, родины Иды Такке, элемент № 75 получил
название "рений". Супруги Ноддаки полагали, что обнаружили в продуктах
обогащения и элемент № 43, который они назвали "мазурием". Однако позже
выяснилось, что это не так. Эка-марганец был получен лишь в 1936 г.
искусственным путем и получил название "технеций", но об этом мы расскажем
в дальнейших разделах.
При систематической проверке большого числа минералов на возможное
содержание рения супруги Ноддак выяснили, что относительно много этого
редкого металла содержится в молибденовом блеске. В 1928 г. им удалось
выделить из 660 кг молибденового блеска 1 г почти чистого рения, что
позволило точно исследовать его свойства. А потом химик Вильгельм Файт
(1867—1956 гг.) послал супругам Ноддак немного раствора,
получившегося при обработке мансфельдских медных руд. В этом растворе бьшо много
молибдена, но Файт считал, что в нем содержится и рений. И в самом деле,
оказалось, что раствор содержит примерно 1,5 % рения. Тогда Файт начал
разрабатывать отвалы мансфельдских заводов и еще в 1929 г. сумел
получить первые 100 кг перрената калия KRe04. Годом позже бьшо получено
еще 120 кг этого соединения. Так мансфельдские медные шахты еще раз
подтвердили свою репутацию сокровищницы редких металлов.
Хотя содержание рения в земной коре и невелико — всего 0,001 г/т,
в ГДР этот важный металл имеется в достаточных количествах (Мансфельд-
ское месторождение).
НЕ ТОЛЬКО Рассматриваемые в этом разделе метал-
ДЛЯ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ лы, кроме рения, встречаются в земной
коре относительно часто. Среднее
содержание марганца в земной коре 1000 г/т; он занимает по распространенности
12-е место. Однако и хром (21-е место), и вольфрам (26-е место), и
молибден (38-е место) можно считать еще относительно широко
распространенными. Только рений (76-е место) — редкий металл, ной он применяется во
157

многих отраслях техники. Рений относится к тем редким металлам,
которые приобрели большое значение в последние десятилетия.
Можно исписать множество страниц, рассказывая о практическом
применении хрома, молибдена, вольфрама, марганца и рения. Ограничимся лишь
некоторыми примерами.
Хром в основном используют для производства механически прочных,
жаро- и коррозионностойких сталей. Но он придает отличные качества и
другим сплавам. Например, меднохромовые сплавы обладают
способностью к старению, т.е. становятся тверже после некоторой выдержки на
воздухе при обычной температуре. Вдобавок эти сплавы очень хорошо
проводят электрический ток.
Молибден играет болыпую роль при производстве специальных сталей.
Он широко применяется в вакуумной технике, используется для
изготовления контактов и магнитных материалов. Из молибдена выполнены
держатели вольфрамовых спиралей в электрических лампочках. Соединения
молибдена, например его окислы, применяют как катализаторы при
гидрировании (это делают на нефтеперегонных заводах при получении бензина)
.Сульфид молибдена M0S2 имеет "слоистую" структуру и поэтому служит
прекрасной смазкой. Дисилицид молибдена MoSi2 вследствие своей хорошей
термостойкости и высокой прочности используется в качестве покрытия
при изготовлении деталей газовых турбин, сопел и т.д.
Вольфрам, кроме уже указанных областей применения, играет важную
роль и в других областях техники. Еще в 1927 г. под названием "видиа"
(от немецкого "ви диамант" — как алмаз) был запатентован твердый
сплав — смесь карбида вольфрама и кобальта (последнего около 10 %).
Вольфрам применяют как легирующую добавку к инструментальным
сталям, которыми можно обрабатывать, в частности, исключительно
твердые материалы. Полученнь1е спеканием сплавы с высоким содержанием
вольфрама устанавливают в ядерные реакторы для поглощения опасного
гамма-излучения. Вследствие высокой температуры плавления вольфрам
стал важным материалом для космической техники. Широко применяются
и соединения вольфрама. Например, вольфраматы щелочных металлов
служат в качестве ингибиторов — веществ, тормозящих коррозию, а
вольфраматы кадмия, кальция, магния и цинка — это люминофоры,
используемые в рентгеновской технике.
Марганец — компонент многих сплавов. В виде ферромарганца — сплава
марганца с железом и углеродом — его используют для производства
марганцевых сталей, а также для раскисления жидкой стали и удаления из
нее серы. Из сплава, содержащего 83 % меди, 14 % марганца и 3 % никеля,
изготовляют прецизионные сопротивления. Этот сплав, называемый
манганином, интересен тем, что его электрическое сопротивление почти не
зависит от температуры. Из важнейших соединений марганца упомянем
об окиси марганца МпОг и перманганате калия КМПО4. Окись марганца
служит деполяризатором в гальванических элементах типа элемента Лек-
ланше, потому что она обладает способностью моментально окислять
выделяющийся по реакции
Zn + 2NH^ = Zn^-" +Н2 +2NH3
158

водород. А перманганат калия используют в аналитической,химии для
выделения небольших количеств хлора и кислорода, а также в медицине
в качестве антисептического средства.
Поначалу области применения рения были очень немногочисленны. Его
использовали в виде сплавов с никелем, вольфрамом и платиной вместо
осмийиридиевого сплава, применяемого для изготовления кончиков перьев
авторучек. Но очень высокая температура плавления, отличные
термоэлектрические свойства, возможность получения рения из электролитов и многие
другие достоинства сделали этот металл очень важным для современной
техники. Часто рений используют там, где раньше применяли вольфрам,
например в электронных лампах и лампах накаливания. Рений придает
исключительно хорошие контактные свойства некоторым сплавам.
Термопары рений — платинорений и рениеиридий — иридий обладают
значительно более высокой термоэ.д.с., чем применявшиеся ранее термопары
платина — платинородий. Многие сплавы рения находят себе "работу" там, где
требуется высокая прочность или химическая стойкость. И, наконец, все
большее значение рений и его соединения приобретают как катализаторы.
Например, добавки рения к катализатору из платины с окисью алюминия,
используемому для каталитического риформинга нефтепродуктов,
значительно повышают эффективность катализа и устойчивость катализатора
к действию температуры.
>>
'МАЛОВАЖНЫЕ''
(ванадищ ниобий^ тантал)
ЭЛЕМЕНТ, В 1801 Г. Андрее Манузль цель Рио
ОТКРЫТЫЙ ДВАЖДЫ (ВАНАДИЙ) (1764-1849 ГГ.), профессор
минералогии в Мехико, исследовал
коричневую руду, полученную на руднике Зимапан. Он нашел в ней новый элемент,
который назвал "панхромом" (по-гречески — всецветный), так как его
окислы имели разнообразную окраску. Затем он изменил название
элемента на "эритрониум" (от греческого "эритрос" — красный), поскольку
нагретые или обработанные кислотой соли этого элемента приобретали
красивый красный цвет. Образцы исследованного минерала цель Рио передал
знаменитому немецкому естествоиспытателю и путешественнику
Александру фон Гумбольдту (1769—1859 гг.) во время его пребывания в Мексике
в 1803 г. Так образцы попали в Германию, где много лет спустя Гумбольдт
отдал их на исследование Фридриху Велеру. Несколько образцов получил и
парижский профессор И.-В. Колле-Дескотиль. Французский ученый пришел
к выводу, что дель Рио ошибался, считая, что открьш новый металл:
содержащийся в руде элемент — не что иное, как открытый незадолго до этого
Вокленом хром. Да и сам дель Рио не был уверен в своем открытии. В
конце концов он тоже пришел к выводу, что его эритроний — это хром.
Много лет вокруг мексиканской руды никакого оживления не
наблюдалось. Лишь в 1829 г. молодой еще тогда Фридрих Вёлер начал заниматься
исследованием коричневой руды и вьщелил из нее вещество, которое он
счел хромовокислым калием. Правда, его удивило разнообразие окраски
159

полученных веществ: иногда они были желтыми, в других случаях
красными, иногда даже бесцветными. А потом Вёлер заболел, работая с
плавиковой кислотой, и прервал свои опыты на несколько месяцев.
Но тем временем появилось сообщение, что швед Нильс Габриэль Сеф-
стрём (1787—1845 гг.) открыл новый элемент, в котором Велер узнал
эритроний дель Рио. Как же это случилось? Сефстрё'м в то время
преподавал химию в новом горном училище в Фалуне. Ему попались отличающиеся
исключительной ковкостью прутки железа, выплавленного из руды шахты
1'аберг в южной Швеции. Сефстрём предположил, что в этом железе
содержится какой-то новый элемент и поделился мыслями со своим бывшим
учителем Берцелиусом. В рождественские дни 1830 г. они начали
исследовать обогащенную Сефстрёмом руду. Она была сильно загрязнена окислами
кремния, алюминия, железа и циркония, а также фосфатами. Отделить все
эти загрязнения было очень трудно. Но через три недели неустанной работы
предполагаемый металл был найден; его определили по различным
окраскам соединений. Шведские ученые назвали новый элемент ванадием в
честь богини красоты в скандинавской мифологии Ванадис. Берцелиус из
скромности не стал подписывать сообщение об открытии нового элемента,
оно было опубликов^о только под именем Сефстрёма. Затем Берцелиус
в начале 1831 г. исследовал поведение ванадия и предположил, что
металлический ванадий можно получить, в частности, восстановлением "ванадиевой
кислоты" калием. Он считал, что формула "ванадиевой кислоты" VO3.
Сейчас мы знаем, что высший окисел ванадия имеет формулу V2OS* Получить
металлический ванадий Берцелиусу не удалось. Это сумел сделать лишь в
1867 г. английский химик Генри Энфилд Роско (1833—1915 гг.), который
восстанавливал хлористый ванадий VCb водородом. Ванадий чистотой
99,8 % получили в 1927 г. американские химики Марден и Рич при
реакции пятиокиси ванадия V2OS с металлическим кальцием и хлоридом
кальция CaCl2 в электрической печи при 760°С:
VjOs+Ca + CaCl2 = 2V + 5 (CaO • СаСЬ ).
Дальнейшего снижения содержания примесей удалось достичь зан Арке-
лу и де Буру, которые разлагали йодид ванадия. Этот способ уже был
описан применительно к получению титана. Но не только чистый ванадий
интересен для техники. Из дальнейшего изложения мы увидим, что именно
"нечистый" ванадий имеет большое значение в металлургии. А пока
посмотрим, правы ли были ученые, открывшие ванадий, в том, что соединения
этого элемента отличаются разнообразием цветов. Закись ванадия VO
имеет цвет от серого до черного, ее гидрат V(0H)2коричневый, окись ванадия
V2 Оз черная, ее гидрат V (ОН) з уже зеленый. Двуокись ванадия VO2 имеет
окраску от темно-зеленой до черной, а пятиокись V2OS ~ от оранжевой до
красной. Трифторид ванадия УРз-ЗН2 0 темно-зеленый, а тетрафторид
VF4 — желто-коричневый. Целую p^Ljiyry цветов дают хлористые соединения
ванадия. Дихлорид VCI2 светло-зеленый, трихлорид VCI3
темно-фиолетовый, хлорноватистокислый ванадий V0C1 имеет желто-бурую окраску, а
тетрахлорид VCI4 — темную красно-бурую. Хлорокись VOQ^ зеленого
цвета, а хлорокись VOCI3 светло-желтая. Сульфат ванадия VSO4 • 7Н2О
160

красно-фиолетовый, а сульфат У2(804)з *H2S04 ■ I2H2O зеленый. Вот
это разнообразие красок и оттенков и принесло ванадию столь звонкое
имя — имя богини красоты.
ГРЕЧЕСКАЯ ЦАРСКАЯ СЕМЬЯ - В 1801 Г, английский ХИМИК Чарлз
ТАНТАЛ ПЕЛОПС ИНИОБЕЯ Хатчет (1765-1847 гг.) занимался
исследованием хранившегося в
Британском музее минерала, присланного из Северной Америки. Он обнаружил в
этом минерале новую и, по его мнению, чистую окись металла. Элемент,
лежащий в основе окиси, он назвал колумбием, а сам минерал —
колумбитом в честь открывателя Америки Христофора Колумба.
Год спустя после успеха Хатчета шведский химик и минералог Андерс
Густав Экеберг (1767—1813 гг.), ученик Клапрота и учитель Берцелиуса,
нашел в двух редких минералах из Финляндии и Швеции "кислую землю"
нового элемента. Он показал, что полученный им окисел не растворяется
даже в избытке кислоты. Отметим, что выделенная Экебергом пятиокись
тантала Та2 05 действительно растворяется лишь в плавиковой кислоте,
а ее-то шведский химик и не пробовал на своей "кислой земле". Экеберг
назвал новый элемент танталом по имени греческого царя, которого
наказали боги. После смерти Тантал попал в подземное царство, где стоял по
подбородок в воде, а над ним свисала ветвь с фруктами. Но стоило
несчастному нагнуться, чтобы попить воды, как она тут же уходила вниз; лишь
только он протягивал руку, чтобы отведать плодов, ветвь тут же поднималась.
Тантал уже не мог ее достать. Поэтому и называют "танталовыми муками"
такие страдания человека, когда он видит рядом предмет своих желаний,
но овладеть им не может.
Об открытиях Хатчета и Экеберга знали многие химики мира. Некоторое
время считали, что Колумбии и тантал — один и тот же элемент. Английский
химик Волластон, открывший родий и палладий, пришел к этому выводу в
1809 г. Берцелиус, который в 1824 г. первым полу^шл метшшшчвск1Й
тантал (правда, сильно эагряэнеш&1Й) восст^шовлвнием кап1Йтантапдвогв
фторида СязТаРб калием, считал сначала, что полученный Хатчетом окисел
Колумбия - смесь танталовой И вольфрамовой ''кислот". Но скоро и
Волластон понял, что минералы тантала раэлич{шх месторождений и
получаемые из них окислы имеют значительные различия в ПЛОТНОСТИ, а
следовательно, и элементььвероятно, разные. Теперь мы знаем, ЧТО тантал в
природе почти всегда соседствует с ниобием (колумбием Хатчета) и встречает*
ся вместе с марганцем, оловом и редкоземельными металлами. А атомный
и ионный радиусы тантала и ниобия почти одинаковы, поэтому разделить
эти элементы исключительно трудно. Можно также утверждать, что
полученный Хатчетом окисел ниобия был очень сильно загрязнен пятиокисью
тантала.
Важнейшие танталониобиевые минералы — это колумбит, иногда
называемый также ниобитом (в нем преобладает ниобий), и танталит (в нем
преобладает тантал). Химическая формула обоих минералов одинаковая
(Fe, Mn)[(Nb, Та)Оз]2Нельзя не зоюмянуть и пирохлор. Это минерал
непостоянного состава, состоящий из кислородных соединений ниобия с
натрием, кальцием и железом, сопровождаемыми обычно титаном, редко-
11 Библиотечная книга 161

земельными элементами и фтором. Название "пирохлор" для минерала
кажется странным. Это название выбрал Вёлер по совету Берцелиуса;
объясняется оно тем, что минерал при нагреве приобретает зеленовато-желтый
цвет, а по-гречески "пирос" - огонь, а "хлор" - зеленый. В 1826 г. Велер
приступил к анализу минерала. Как мы уже говорили в главе о титане,
он нашел там, кроме фтора, сначала только окислы титана, кальция,
железа и урана, а также "цериевую землю". 13 лет спустя Вёлер на основании
дальнейших исследований пирохлора пришел к выводу, что в этом
минерале содержатся еще значительные количества неизвестного окисла. По
химическому поведению этот окисел напоминал окись тантала, но при
обработке цинком и соляной^ кислотой (т.е. водородом в момент его
выделения) он принимал цвет от бурого до синего. Такое поведение наблюдается
у соединений пятивалентного ниобия. Пятивалентный же тантал очень
трудно перевести на более низкую валентность.
Пробу, в которой предполагалось присутствие нового окисла, Вёлер
переслал своему другу и учителю Берцелиусу. Он писал: "Таким образом,
этот элемент X в Пирохлоре находится и остается лишь выяснить, что
это: танталовая кислота или новый металл". Берцелиус исследовал
присланную ему пробу и согласился с Вёлером. Он наш1сал Вёлеру: "Я отсылаю
тебе твой X обратно. Я часто спрашивал его, откуда он взялся, но получал
лишь уклончивые ответы. Я спросил, не титан ли ты? Он сказал, что Велер
это отрицает. То же обнаружил и я. Но, может быть, ты цирконий? Он
ответил — нет. Ведь с содой он образует эмалево-белое стекло, чего у цир-
коновой земли не получается. Ты олово? Во мне есть олово, но очень мало.
Ты тантал? Мы родственники с ним, ответил он... Что же ты за сатанинский
камень? И мне показалось, будто бы он ответил: имени у меня еще нет.
Но я не уверен в том, что правильно расслышал,., поэтому посьшаю тебе
этого озорника обратно, чтобы ты учинил ему новый допрос".
К дальнейшим исследованиям похожего на "танталовую кислоту"
вещества Вёлер не приступал. Но будучи в 1844 г. в Берлине, он рассказал о
сомнительной окиси тантала своему другу Генриху Розе (1795—1864 гг.),
профессору химии и фармацевтики. Розе в то время занимался анализом
танталовых минералов в своей скромной берлинской лаборатории. Он
пришел к выводу, что в этом веществе содержится похожий на тантал
элемент. С большим трудом ему удалось выделить из танталитов хлорид,
который по свойствам отличался от хлорида тантала. Бьшо ясно, что это
хлорид нового элемента, очень по;сожего на тантал, и Розе назвал его
ниобием в честь дочери мифического Тантала Ниобеи. А в 1846 г. Розе открьш
в некоторых "ниобитах" еще один элемент, который он назвал "пелопием"
по имени Пелопса — сына Тантала. Однако в 1853 г. Розе пришел к выводу,
что пелопиевая и ниобиевая "кислоты" — только различные окислы ниобия.
Через год после смерти Розе шведский химик и минералог Кристиан
Вильгельм Бломстранд (1826—1897 гг.) и профессор химии Женевского
университета Жан-Шарль Галиссар де Мариньяк (1817-1899 гг.)
установили, что выделенные Розе, окисные соединения ниобия и пелопия — не что
иное, как смеси окислов ниобия и тантала. А в 1866 г. Мариньяк сумел
разделить ниобий и тантал фрак1Щонной перегонкой комплексных
фторидов и вьщелить в чистом виде оба эти элемента. Но это, разумеется, ни в
162

коей мере не умаляет заслуги Розе, участвовавшего во "btoj)Om открытии"
Колумбия. И хотя его препараты не обладали той чистотой, которая
требуется сегодня, он сумел все же различить ниобий и тантал. По номенклатзфе
Международного союза чистой и прикладной химии (ИЮПАК) элемент
№ 41 именуется ниобием, но в англоязычных странах до сих пор еще этот
элемент иногда назьшают колумбием.
Тантало-нирбиевая "эпопея" закончилась в 1903—1906 гг., когда
немецкий химик В.фон Болтон выделил чистые ковкие тантал и ниобий. Но
прошло еще немало времени, пока эти металлы стали по праву называться
"металлами будущего".
"ОБЛАГОРАЖИВЛ ТЕЛЬ'СТАЛИ
И ДВА МЕТАЛЛА
А ТОМНО-КОСМИЧЕСКОЙ ЭРЫ
Распространенность в земной коре
ванадия (150 г/т) и ниобия (24 г/т)
показывает, что эти металлы не так з^ж
редки. Да и тантал (2,4 г/т) можно
считать относительно широко распространенным в природе металлом.
Однако не надо забывать, что все эти три элемента очень рассеяны в земной
коре, а ценны они для современной техники потому, что обладают
многими выдающимися свойствами.
Более 90 % ежегодного производства ванадия потребляет черная
металлургия, преимущественно в виде сплава с железом (феррованадия), для
легирования стали. Ванадиевые стали обладают высокими прочностными
свойствами. А сам ванадий — отличный конструкционный материал. Он
тугоплавок, устойчив к коррозии в морской воде и расплавленных
металлах, прочен и обладает некоторыми свойствами, делающими его очень
ценным для ядерной техники. Комплексные катализаторы, содержащие
ванадий, применяются с 20-х годов нашего столетия в большом масштабе при
производстве серной кислоты контактным способом. Можно привести еще
много областей применения ванадия и его соединений. Но и этих немногих
примеров достаточно, чтобы понять, насколько ценен этот металл.
О ниобии и тантале тоже можно сказать, что развитие современной
техники без них немыслимо.
№обий, который еще совсем
недавно был большой
"редкостью" среди металлов, в
последние десятилетия приобрел
немалое практическое значение.
Раньше считали, что высокая
цена этого металла не
позволяет широко использовать его.
Но с внедрением ядерной и
космической техники
производство ниобия стало возрастать.
Этот ме1алл применяют для
легирования сталей и
создания специальных сплавов, не
содержащих железа. Хро-
II*
Фильеры для получения искусственного во-
локт. Танталовые вкладки удлиняют срок
службы фильер из нержавеющей стали с
нескольких месяцев примерного 20 лет
163

моникелевые стали, легированные ниобием, используют в ядерных
реакторах, газовых турбинах, реактивных самолетах и ракетах. Специалистов-
атомщиков в ниобии привлекают такие качества, как высокая
температура плавления, малое эффективное сечение захвата тейловых нейтронов и
отлшшые прочностные свойства как самого металла, так и его сплавов с
цирконием, молибденом, вольфрамом и другими металлами даже при
температурах выше lOOO^C. Кроме того, ниобий абсолютно химически
пассивен по отношению ко многим металлам, которые применяют как
охладители в ядерных реакторах (натрию, литию, ртути, свинцу). Поэтому
его часто используют для оболочек урановых топливных элементов.
Ниобий применяют так же, как геттер (газопоглотитель), в высоковакуумной
технике, в конденсаторах и электролитических выпрямителях как добавку
к алюминийникелькобальтовым сплавам (алнико) для постоянных
магнитов и в виде окисла в оптической промьшшенности. Германид ниобия
NbsGe — один из самых перспективных сверхпроводников; у него
скачкообразный переход от нормальной проводимости к сверхпроводимости
происходит при 23 К, т.е. при относительно высокой температуре. В
ближайшем будущем и другие ниобиевые сплавы будут играть большзоо роль как
сверхпроводники.
Тантал, как и ниобий, обрел множество областей применения. Вначале
его использовали для изготовления нитей накаливания в лампочках. Но
в 1909 г. его на этом "посту" сменил вольфрам. "Сферы деятельности"
тантала в наше время обусловлены его высокой температурой плавления
(около ЗООО^С), большой химической стойкостью, прочностью, ковкостью,
теплопроводностью, малым коэффициентом теплового расширения,
хорошей обрабатываемостью. Он широко используется в химическом машино-
cipoeifflH, при изготовлении выпрямителей и конденсаторов, в качестве
геттера, как материал для хирургических инструментов, а также (в виде
карбида) при производстве твердых сплавов. Наконец, тантал — легирующая
добавка к коррозионностойким и другим специальным сталям.
Так, и на примере третьего металла пятой дополнительной группы
периодической системы мы видим, что его никак нельзя причислять к
"маловажным".
♦♦
'МЕТАЛЛЫ РЕДКИХ ЗЕМЕЛЬ''
"ОБ ЪЯВЛЕНЫ В РОЗЫСК" К редкоземельным металлам относят
скандий, иттрий и группу металлов от
лантана до лютеция (общее название элементов этой группы, кроме
лантана, — лантаноиды). Термин "редкоземельные металлы" связан с тем, что
раньше их часто называли "редкими землями". Что и говорить, красивое
название, но у него есть один недостаток: редкоземельные металлы не
такие уж редкие компоненты земной коры, следовательно, их общее
название, мягко говоря, не совсем соответствует действительности.
Когда химики начали вьщелять первые "редкие земли" (т.е. окислы)
из минералов, ничего не бьшо известно о распространенности этих
"земель". В последующие десятилетия выяснилось, что "редкие земли" во
многих минералах — главный компонент, а во многих — заметные при-
164

Относительная
частота
на 100 атомов
иттрия
Порядковь1Й
номер
taOe рг Nd Pm Sm Ей64 TbDy Но ErTm Yb Uu
57 58 59 60 61 62 63 646566 67 68 69 ГО Г1
Правило Гаркинса в применении к лантаноидам. При
сравнении относительной частоты встречаемости элементов в
природе видно, что элементы с нечетными номерами встречаются
чаще, чем с четными.. Из редкоземельных элементов
наиболее часто встречаются иттрий и церий
меси. Если перебрать все минералы, в которых содержатся
редкоземельные металлы, то их наберется более 250. Содержание редкоземельных
металлов в земной коре примерно 167 г/т. Не так уж мало! Даже самый
редкий из редкоземельных — тулий — имеет распространенность 0,2 г/т, т.е.
встречается чаще таких известных элементов, как серебро (0,1 г/т), селен
(0,09 г/т), платина (0,005 г/т) и золото (0,005 г/т).
Важнейший минерал, содержащий редкоземельные элементы, — мона-
Щ1Т, смесь редкоземельных фосфатов. Он встречается весьма неравномерно,
главным образом в южнонорвежских гранитопегматитах, причем
экономически добыча его не оправдана. Большое промышленное значение имеют
вторичные отложения так называемого монащггового песка,
встречающиеся в Бразилии, Южной Индии, США и Шри-Ланка. Основная масса
редкоземельных металлов "располагается" в собственных минералах, потому
что ионы этих металлов имеют относительно большой радиус и,
следовательно, малое кристаллохимическое сродство к обычным
породообразующим элементам. В то же время различия между ионными радиусами
элементов ряда лантана невелики (у лантана с валентностью +3 ионный радиус
1,06М0"* см, у "крошки" лютеция 0,848-10"* см) и в своих соединениях
они часто заменяют друг друга. А значит, разделить эти элементы очень
трудно. Вдобавок две внешние электронные оболочки лантаноидов, за
малыми исключениями, имеют одинаковую конфигуращпо. Этим
объясняется также общее в химической характеристике редкоземельных элементов
и их соединений.
Потребовались колоссальные усилия нескольких поколеьшй химиков-
экспериментаторов, чтобы выделить все редкоземельные металлы в
достаточно чистом виде. Вначале часто получались только очень загрязненные
продукты, которые при позднейших исследованиях оказывались смесями
нескольких лантаноидов. Для разделения редкоземельных элементов в то
время использовали небольшие различия в их растворимости и
основности. Часто приходилось сотни, а то и тысячи раз проводить фракционные
кристаллизации или осаждения, пока не достигался желаемый успех. Позже
165

обнаружилось, что не у всех редкоземельных металлов основная
валентность равна +3. Поведение ионов редкоземельных металлов с другой
валентностью заметно отличается от поведения трехвалентных ионов,
поэтому разделить такие ионные смеси было уже проще. Самый изящный метод
разделения редкоземельных металлов — ионообменная хроматография,
которую сейчас исключительно применяют для разделения соединений
редкоземельных элементов.
Метод ионообменной хроматографии сослужил добрую службу и тем,
что позволил определить радиоактивный прометий в естественных
минералах. Этот "фокус" удался хельсинскому профессору Эряметса с
сотрудниками только в 1964 г. Для своих опытов они взяли 20-т смеси окислов
лантаноидов, которые были получены при обработке 6000 т апатитового
концентрата. После нескольких разделений они обнаружили на хроматог-
рамме между неодимом и самарием "пик" прометия, который появился в
результате радиоактивного излучения этого элемента. О чувствительности
способа финских химиков можно судить хотя бы по тому, что найденное в
столь огромной пробе количество прометия составило всего 9-10"^ ^ г!
ОТКРЫТИЕ ЭКА-БОРА Мы уже рассказывали о том, как
(СКАНДИЙ) Д.И.Менделеев в 1870 г. предсказал
открытие элемента, названного им эка-
бором, а девять лет спустя шведский химик Ларе Фре!дрик Нильсен открыл
этот эка-бор и дал ему имя "скандий". Если сравнить предсказанные
Менделеевым свойства эка'^ора и скандия, то совпадение получается
удивительное. Менделеев считал, что атомная масса эка-бора должна быть равн^ 44;
атомная масса скандия равна 44,96. Менделеев полагал,что металл не будет
летучим; скандий не обладает заметной летучестью при температурах ниже
своей температуры плавления (1539°С). Менделеев утверждал, что у эка-
бора будет очень четко выраженный спектр; скандий был обнаружен
благодаря спектральному анализу. Подтвердилось и предсказание Менделеева,
что эка-бор образует нелетучую окись, нерастворимую в воде. Правильно
предсказал Менделеев и то, что металл будет образовывать двойные
сульфаты, не похожие на квасщ>1.
Когда Нильсон открыл эка^ор, он был профессором аналитической
химии в Упсальском университете. Вместе со Свеном Отто Петерсоном
(1848—1941 гг.) ученый занимался анализом эвксинита и гадолинита.
Первый из этих минералов — изоморфная смесь ниобатов и титанатов
редкоземельных металлов, второй — иттриевожелезный бериллосиликат Г^г^^г^л]^
[BeSi04], у которого часть иттрия замещена редкоземельными металлами.
Из этих минералов Нильсон выделил, как он полагал, окись эрбия ЕггОз и
превратил ее в нитрат, обработав азотной кислотой. Нитрат он подверг
фракционному термическому разложению. И вот тут он обнаружил вместе
с небольшим количеством окиси иттербия УЬгОз, которую за несколько
месяцев до этого выделил французский химик Мариньяк, неизвестную
"землю" со слабощелочной реакцией. Дальнейшие исследования показали,
что это окись неизвестного элемента. В честь .своей родины Скандинавии
Нильсон нарек новый элемент скандием.
166

"РОДОСЛОВНОЕДРЕВО" Анализ монацита показал, ^то он со-
ГРУППЫ держит преимущественно легкие
элементы лантанового ряда — так
называемые цериевые земли (от лантана до гадолиния). Тяжелые лантаноиды (от
гадолиния до лютеция) обычно встречаются вместе со скандием и иттрием
в минералах -^ипа тортвеита 0'.5с)2 812 07,таленита¥281207 и ксенотима
YPO4. Их называют "иттриевыми землями". На опыте истории открытия
этих элементов нетрудно показать оправданность такого разделения.
Летом 1787 г. шведский химик и минералог Карл Аксель Аррениус
(1757—1824 гг.) нашел в заброшенной каменоломне деревни Иттербю
близ Стокгольма черный минерал, который он назвал иттербитом. Через
семь лет финскому химику Юхану Гадолину (1760—1852 гг.) удалось
выделить из иттербита новую "землю". Это открытие подтвердил профессор
химии из Упсалы Андерс Густав Экеберг (1767—1813 гг.). Новый окисел
бьш назван иттриевой землей. А иттербит в честь Гадолина назвали гадо-
линитом.
Еще через несколько лет после этого открытия Берцелиус со своим
учеником Вильгельмом Гизингером (1766—1852 гг.) и независимо от них
Клапрот в Берлине открыли новый окисел — церхуевую землю.
Иттриевую и цериевую земли долгое время считали одним и тем же
веществом. И только шведский военный врач, химик и минералог Карл
Густав Мосандер (1797—1858 гг.) суыол разложить и ту, и дрзо'ую землю
на составляющие. В каждой земле оказалось по три компонента. Первые из
них получили название самой земли, т.е. иттрий и церий. Остальные два
компонента цериевой земли бьши названы дидимом и лантаном, а
иттриевой земли — эрбием и тербием. Но как выяснилось впоследствии, это
разделение не бьшо далеко полным. Прошло несколько десятилетий, пока
окись эрбия и окись дидима не были разложены на дрзо'ие составляющие.
В 1878 г. Мариньяк выделил окись иттербия, через несколько месяцев
Нильсон нашел окись скандия. В том же году Лекок де Буабодран, открыв-
хиий галлий, нашел в окиси дидима окись самария, а Мариньяк в 1880 г.
выделил из этой же окиси дидима окись гадолиния. Разложить скандий и
гадолиний в дальнейшем уже никому не удалось. Напротив, окислы
иттербия, эрбия, самария и дидима на самом деле оказались смесями окислов.
Еще в 1879 г., когда скандий и самарий были выделены в виде окислов и
различных солей, шведский естествоиспытатель, профессор химии из
Упсалы Пет Теодор Клеве (1840—1905 гг.), извлек из считавшегося чистым
окисла эрбия окиси гольмия и тулия. Австрийский химик Карл Ауэр фон
Вельсбах в 1885 г. разделил окись дидима на окиси празеодима и
неодима. В следующем году Лекок де Буабодран отделил окись диспрозия
от окиси гольмия. Затем на 15 лет в исследовании лантаноидов наступило
затишье. Только в 1901 г. французский химик Эжен-Анатоль Демарсэ
(1852—1904 гг.) выделил окись европия из считавшейся чистой окиси
самария.
Дольше всех из лантаноидов продержался открытый в 1878 г. Маринья-
ком иттербий, но из него в 1905—1907 гг. извлекли еще один элемент.
Это сделали (независимо один от другого) Ауэр фон Вельсбах и
французский химик Жорж Урбен (1872-1938 гг.). Первый назвал этот элемент
16

д
Scl Y| U| Cfel fVj M Rffj Sm| E^^ (5ti Tb D>^ H(j Er iJ YH Lu
—i -^..„j
^2 1"J
Mil
Применение редкоземельных элементов:
a — ядерная техника, радиоактивные изотопы,' б ~ черная металлургия' в — цветная
металлургия; г - производство легких сплавов; д -радиотехника, электроника,
телевидение; е - химическая промышленность, катализ; ж — производство стекла;
3 ~ керамика; и — светотехника; к - медицина
кассиопеем, а второй — лютецием. В 1923 г. Германская комиссия по
атомным весам пришла к выводу, что приоритет в открытии элемента
принадлежит Ауэру фон Вельсбаху и закрепила за элементом название
Кассиопей. Однако позже Номенклатурная комиссия ИЮПАК еще раз взвесила
всеобстоятельстваоткрытия элемента № 71 и присудила приоритет Урбену,
а элемент назвала лютецием.
После открытия лютеция стало известно 16 редкоземельных элементов.
Отсутствовавпшй в этой группе элемент № 61 был открыт в 1945 г.
американскими исследователями Дж.Маринским, Л.Гленденином и Ч.Кориеллом
в продуктах распада урана.
' 'ВТОРОЕ РОЖДЕНИЕ"
РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ
О сегодняшнем применении
редкоземельных металлов можно рассказать
очень много, хотя большинство из них
примерно до 1950 г. вело жизнь сказочной спящей красавицы. Правда,
первый период расцвета этих элементов относится к концу XIX — началу XX
века. Еще в 1885 г, Ауэр фон Вельсбах взял патент на газокалильную лампу
с колпачками, которые назывались "ауэровскими" и состояли из 99 %
окиси тория и 1 % окиси церия. Даже после внедрения электрического
освещения ауэровские лампы еще долго конкурировали с электрическими. Но
когда их перестали делать, тот же Ауэр фон Вельсбах предложил в 1903 г.
пирофорный материал ферроцерий, который и сейчас используют для
изготовления кремней зажигалок.
168

Сегодня редкоземельные металлы нашли широкое примейение во
многих областях техники. Они "трудятся" в металлургии, химической
промышленности, электронике и т.д. Некоторые сферы из деятельности
показаны на рисунке, но, видимо, главная роль редкоземельных металлов еще
впереди.
Наш рассказ о редкоземельных элементах был бы неполным, если бы мы
не сообщили любознательному читателю, откуда же произошли названия
этих семнадцати братьев. Так вот, четыре из них — иттрий, тербий, эрбий и
иттербий — названы по имени деревни Иттербю, где бьш найден минерал
итеррбий (гадолиний). Скандий, как вы знаете, получил свое имя в честь
Скандинавии. Название лантан произошло от греческого "лантанейн",
что значит скрытый. Церий бьш назван по имени открытой 1 января 1801 г.
планеты Цереры. Празеодим и неодим появились на свет из окисла дидима
(по-гречески "дидимос" — близнещл); слово "празеодим" означает
зеленоватый близнец (соли этого металла окрашены в зеленоватый цвет),
а слово "неодим" — новый близнец. Название самарий происходит от
минерала самарскита, в котором содержатся иттрий, ниобий, тантал и уран;
минерал назван так по имени русского окрзокного горного инспектора
В.И.Самарского. Европий назван в честь Европы, гадолиний — в честь
Ю,Гадолина, выделившего в 1794 г. иттриевую землю. Название
диспрозий происходит от греческого слова "диспрозитос" — труднодостушаш.
Гольмий назван по латинскому имени шведской столицы Стокгольма,
тулий — по имени легендарной северной страны Туле (старое название
Скандинавии). И, наконец, лютеций назван в честь Парижа, который
древние римляне именовали Лютецией.
''ПЛОХОНЬКОЕ СЕРЕБРО
И ЕГО РОДСТВЕННИКИ
(платиновые металлы)
»>
ТРИ ДИАДЫ ПЕРЕПОЛНЕННОЙ
ГРУППЫ
Восьмая группа периодической системы
содержит три ряда элементов:
железо - кобальт — никель,
рутений - родий - палладий,
осмий — иридий — платина.
Металлы первого горизонтального ряда — группа железа, а остальные
шесть металлов входят в группу платины. Такая классификащы
правильна потому, что свойства элементов внутри группы более близки,.чем
свойства между группами. У платиновых металлов к тому же наблюдается
поразительная аналогия свойств металлов, расположенных один над дрз^'им,
т.е. между рутением и осмием, родием и иридием, палладием и платиной.
Эти пары называют платиновыми диадами.
Платиновые металлы добывают в "первичных" и "вторичных"
месторождениях. К первым относятся открытые в 1908 г. канадские медноникеле-
вые магнитные колчеданы в окрзо'е Садбери близ озера Онтарио и
найденные незадолго до первой мировой войны южноафриканские медноникеле-
169

вые колчеданы в Трансваале; здесь платиновые
металлы присутствуют в виде сульфидов.
Вторичные месторождения обязаны своим
появлением выветриванию первичных месторождений
и последующему смыванию выветренных
пород, причем платиновые металлы, имеющие
большую плотность, оседали в определенных
местах. Известные с давних пор вторичные
месторождения находятся в Колз^мбии. Но они
во многом утратили свое значение в 20-х годах
прошлого века, когда на западных и восточных
склонах Уральского хребта были найдены боль-
нше залежи платиновых руд. Иногда здесь
попадались очень крупные самородки, например
платиновый самородок массой 12 кг,
найденный в 1843 г. на Северном Урале. Доступность
платиновых месторождений в те времена
побудила русского министра финансов Б.Ф. Канк-
{жна к вьшуску в обращение монет
достоинством в 3, 6 и 12 рублей; на это было затрачено
около 14,5 т платины.
Разделение платиновых металлов оказалось
значительно более сложным и трудоемким, чем
преддолагалось. Сначала металлы обогащают до
так называемой сырой платины, состоящей из
платиноиридиевых и осмийиридиевых сплавов.
Эту сырую платину получают из породы, как
и золото, промывкой. Другой источник
платины — анодный шлам, получающийся при
переработке золотых, никелевых и медноникелевых
руд; в этом шламе содержатся платиновые
металлы. Разделить природные сплавы, из
которых состоит сырая платина, довольно трудно.
Их обрабатывают кислотами, многократно
измельчают, промывают и в конце концов
получают разделенные платиновые металлы.
Какова же распространенность платиновых
металлов в земной коре? В каждой тонне
породы содержится в среднем 0,001 г рутения,
0,001 г родия, 0,01 г палладия, 0,001 г осМия,
0,001 г иридия и 0,005 г платины. Для
сравнения скажем, что в той же условной тонне
содержится 50 кг железа, 70 г меди, 0,1 г
серебра и 0,005 г золота. Платина и платиновые
металлы в природе встречаются не только в виде
де самородных сплавов, но и в минералах. Это
лаурит RuS2, куперит PtS. брэггит (Pt, Pd,
Платиновые рубли, отчека- Ni)S, сперрилит PtAsj и стибиопалладинит
ненные в России около 1830 г. Y^ g^^
170

ПЛАТИНА ДЕШЕВЛЕ СЕРЕБРА? Платина была известна в Египте еще в
XV веке до н.э. Однако неясно, знали
ли древние египтяне об особой природе этого металла, т.е. не путали ли его
с серебром. В XVI века в Колумбии платина )оке была известна и здесь ее
находили испанские завоеватели. Первое письменное сообщение о платине
принадлежит перу французского ученого и писателя Юлия Цезаря Скалиге-
ра (1484—1558 гг.), который в 1557 г. указал металл, не плавящийся ни
под действием огня, ни с помоифю "испанских ухищрений"*. Именно
испанцам платина и обязана своим названием: слово "платина"
уменьшительное от испанского слова "плата" — серебро. Пренебрежительный
суффикс новый металл получил из-за того, что его считали
низкокачественным, плохоньким серебром, серебришком. И ценилась платина в те времена
ниже, чем серебро.
Довольно точное описание свойств платины дал испанец Антонио де
Уллоа (1716—1795 гг.), принимавший участие ц экспедиции в Эквадор,
организованной Академией наук Франции. В 1748 г, Уллоа опубликовал
свои путевые заметки, где упоминал и о платине. Он писал о большой
твердости проб платины, поэтому можно предположить, что испанец имел
дело ни с чистой платиной, а со сплавом ее с золотом, который имеет
большую твердость при соотношении платины и золота 1:1. Сведений о
переработке платины Уллоа не сообщил.
Через два года после появления записок Уллоа англичане Уильям Уот-
сон (1715-1787 гг.) и Уильям Браунригг (1711-1800 гг.) дали подробное
описание платины. Браунригг, который бьш врачом в Уайтхевене, получил
от металлурга Чарлза Вуда большое количество колумбийской платины.
Вуд )оке исследовал пробы руды и "чистого" металла и просил Браунригга
доложить о своих результатах Королевскому обществу в Лондоне. Врач
заинтересовался платиной и продолжил исследования, а в 1750 г. переслал
несколько проб руды и металла в Лондон. Доклад о платине сделал Уотсон.
Он сообщил о свойствах платины 13 декабря 1750 г. на заседании
Королевского общества, причем охарактеризовал платину как самостоятельный
металл. Подробно остановился Уотсон и на стоимости платины. Он сказал:
"Там (в Южной Америке) платина встречается настолько часто, что
безделушки, сделанные из нее, считаются обычным подарком. Один купец
купил в Картахене 5 фунтов платины, заплатив за нее меньше цены такого
же количества серебра, а раньше она бьша еще дешевле".
Доклад Уотсона был опубликован и платиной заинтересовалась
научная общественность. Во второй половине XVUI века интерес к
фундаментальным исследованиям платины возрос. Шведу Генрику Теофилу Шефферу
(1710-1759 гг.) удалось в 1752 г. расплавить платину, добавив в нее
мьппьяк. Двадцать лет спустя немецкий ученый Карл фон Зикинген
открыл, что платина осаждается под действием хлористого аммония
(нашатыря); теперь мы знаем, что она осаждается в виде гексахлорплатината
аммония (NH4)2[PtC^6]: Результаты открытия Зикинген использовал для
отделения платины от золота. Путем термического разложения платиновых
* Вероятно, Скалигер имел в виду добавки различных веществ, снижающих
температуру плавления платины. Прим.пер&в.
17

соединений. Зикинген получал тонкий порошок металла и мог прессовать
его в твердые изделия при высоких температурах. Независимо от Зикинге-
на "свариваемость" платины открыл и А.С.Маргграф. В 1784 г. Ф.К.Ашар
изготовил первый платиновый тигель. При этом он частично воспользовался
методом Шеффера: расплавил платину с мышьяком, а после отливки нагрел
тигель и мышьяк испарился.
Настоящий толчок к промышленному использованию платины дали
исследования русских ученых П.Г.Соболевского и В.В.Любарского в
Петербурге и английского химика Уильяма Хайда Волластона в Лондоне. Они
прессовали тонкоизмельченную платину, полученную из гексахлорплатина-
та аммония, и изготовляли из этого материала листы, проволоку и другие
изделия. Этот способ широко внедрился в технику. Одна английская фирма
еще в 1809 г. использовала платинового реторту массой 13 кг для
получения концентрированной серной кислоты. Еще раньше американец Роберт
Хэйр (1781-1858 гг.) плавил платину кислородно-водородной горелкой.
Кроме этих большей частью технологических исследований, ученые
много занимались чисто научным изучением платиновых металлов.
Назовем двух ученых, о которых мы зоке не раз говорили на страницах этой
книги. Это Й.Я.Берцелиус и Л.Н.Воклен. Шведский химик впервые в
1813 г. получил хлорид платины PtCb и очень неустойчивую окись платины,
содержащую воду PtO-wHjO. В 1827 г. ему для исследования прислали
сибирскую платиновую руду. К тому времени бьши известны все
платиновые металлы, кроме рутения. Берцелиус сделал точный анализ руды и
тщательно изучил химические свойства спутников платины. Благодаря
этим исследованиям он разработал технологию разделения платиновых
металлов. Воклен тоже занимался аналитической работой по разделению
платиновых металлов и в 1813-1814 гг. опубликовал большую работу на
эту тему. При исследованиях, проведенных им вместе с Антуаном Франсуа
Фуркруа (1755—1809 гг.), был найден нерастворимый в царской водке
остаток платиновых металлов, а в этом остатке был найден осмий.
НАЙДЕНЫ ЧЕТЫРЕ Если взглянуть на годы открытия ро-
ИЗ ПЯТИ СПУТНИКОВ дая, палладия, осмия и иридия, то
можно подумать, что достаточно было лишь
небольшого импульса, чтобы отыскать спутников платины. Но истинная
причина столь бурных открытий в платиновом семействе состояла во все
усиливающемся интересе химиков и физиков к платине.
В начале XIX столетия ученые приступили к исследованиям остатков,
выпадающих в осадок при растворении платины в царской водке. Наряду с
этим изучались и кислые растворы. В 1803 г. Уильям Волластон (1766—
1828 гг.) нашел два платиновых металла. По образованию он был врачом.
Поселившись в 1800 г. в Лондоне, Волластон занимался только
химическими и физическими исследованиями. Он сконструировал, в частности,
рефлексионный гониометр, позволяющий определять утлы между
гранями многогранных кристаллов. Занимался он и платиной. Взяв платиновую
РУДУ) ученый растворил ее в царской водке, выпарил избыток кислоты до
появления дыма и прилил раствор цианида ртути Hg(CN)2. Получился
172

аморфный желтовато-белый осадок, который с трудом раетворялся в
соляной кислоте, но хорошо растворялся в нашатырном сшфте. При
нагреве остался серебристо-белый металл, который Волластон назвал в честь
открытой в 1802 г. немецким астрономом Ольберсом малой Ш1анеты
Паллады палладием. Это бьш не первый случа1|, когда элемент называли
по имени планеты. Так, церий бьш назван в честь открытой в 1801 г. малой
планеты Цереры.
Однако Волластон ни в коей мере не бьш удовлетворен своим успехом.
После открытия палладия он занялся разработкой "настоящего" способа
разделеш1я платиновых металлов. Для открытия второго платинового
металла был важен тот факт, что Волластон нейтрализовал очень кислый
раствор платиновой соли карбонатом натрия. Затем он осадил платину
хлористым аммонием в виде (NH4)2[PtCl6], а потом осадил палладий
цианистой ртутью в виде Pd(GH)2. Оставшийся в фильтрате цианид ртути
химик разрушил добавлением соляной кислоты и отдымливанием до
тех пор, пока не остался сухой осадок. Затем в осадок долили спирт и
остался порошок сочного красного цвета, содержащий натрий и легко
растворимый в воде. Теперь мы знаем, что это тринатрийгексахлорродат
Na3[RhCl6]-I2H2O. Из-за красного цвета многих солей этого металла
Волластон назвал его родием (по-гречески "родеос" — розовый).
Прошло лишь несколько месяцев и другой английский химик Смиттсон
Теннант нашел еще два платиновых элемента — осмий и иридий. Теннант,
как и Волластон, получил медицинское образование, но врачом ни дня
не работал: его гораздо больше интересовали химия, ботаника и
математика. Открытие этих двух платиновых металлов бьшо заслугой не только
Теннанта. Как часто бывает в науке, несколько исследователей независимо
один от другого занимались решением одной и той же проблемы.
Исходным материалом для исследований стал нерастворимый в
царской водке платиновый остаток, который вначале вообще считали
графитом. Теннант тщательно исследовал этот черный порошок и установил его
металлическую природу. Более точные исследования показали, что не
растворяющийся в кислотах остаток состоит из двух еще не известных
металлов, которые удалось разделить воздействием кислот и щелочей.
Один из них Теннант назвал иридием (от греческого "иридиос"
-радужный) за многообразие цветов его соединений. Второй металл получил
имя осмий (от греческого "осме" — запах), так как он при комнатной
температуре на воздухе окисляется в четырехокись осмия OSO4,
обладающую сильным запахом. Это опасное для органов дыхания и глаз
соединение кипит при ЮО^С, но имеет большое давление паров и при комнатной
температуре. Четьфехокись осмия наблюдали в то же время, что и
Теннант, (французские химики Воклен и Фуркруа, когда они занимались
сплавлением платиновых остатков с поташом и обрабатывали полученные
продукты азотной кислотой. При этом тоже получалась четырехокись осмия.
А на след иридия вышел независимо От Теннанта французский химик
Ипполит ВикторКоЛле-Дескотиль (1773-1815 гг.), ученик Воклена. Он
обратил BHHMatffle на то, что "аммиачные осадки" платины имеют
красный цвет, который, как мы теперь знаем, вызван наличием
темно-красного комплексного соединения (NH4)2[Ird6]-
173

Давайте же посмотрим, какая она радуга иридиевых соединений.
Фторид иридия 1гр4 желто-бурый, а фторид IrF^ желтого цвета. Хлорид 1гС1з
оливково-зеленый, а ЬСЦ буровато-черный, бромид иридия 1гВг4 голубой,
гидроокись 1г(0Н)з зеленоватая, а гидроокись 1г(0Н)4 имеет голубую
окраску. Окись иридия 1г2 Оз черная, сульфид 1г2 8з коричневый. Соль
иридия Ха2[1гС1б]'6Н2 0имеет буро-черный цвет, соль К2[1гС1б] темно-
красная, соль Na2 [1гВгб ] темно-голубая, и наконец, хлористая иридиево-
аммониевая соль [1г(№1з)5С1]С12 окрашена в буровато-желтый цвет.
Действительно, радуга! Все соли, в которые входит ион [IrCle]^"—твердые
материалы с сочной окраской и именно поэтому можно опреде^ть даже
небольшие количества иридия в платине.
Открытием осмия и иридия в 1804 г. вроде бы завершилась эпопея
исследования штатиновых металлов. Действительно, прошло еще 40 лет, пока
был найден шестой и последний член платиновой семьи.
МЛАДШИЙ В СЕМЬЕ Как уже говорилось, в 20-х годах прош-
ПЛАТИНЫ (РУТЕНИЙ) ЛОГО века на Урале были открыты
богатые месторождения платиновых
руд. Химикам теперь только и оставалось заняться их подробным
исследованием. Но если, например, Берцелиус при своих анализах постоянно
сталкивался лишь с уже известными платиновыми металлами, то Готфрид
Вильгельм Озанн (1797—1860 гг.), который в 1822—1828 гг. был
профессором Дерптского (ньше Тартуского) университета, будто бы обнаружил
в этих рудах сразу три новых злемента и назвал их полураном, рутением и
полином. Сообщение Озанна вызвало суровую критику Берцелиуса: он и
мысли не допускал, что мог просмотреть в платиновой руде целых три
элемента. Озанн повторил свои опыты, но они не подтвердили его
первоначальных выводов.
Известие об открытии еще одного спзггника штатины пришло лишь в
1844 г. И оно бьшо неуязвимым! Это известие сообщил профессор химии
Казанского университета Карл Карлович Клаус (1796—1864 гг.). К моменту
открытия нового элемента Клаус )^же приобрел большую известность в
научном мире. В начале своей деятельности он занимался в основном
аптекарским делом.Клаус родился в Дерпте, с 14 лет начал работать в
Петербурге учеником аптекаря. В 1815 г. он сдал экзамен на аптекаря в своем
родном городе и вернулся в Петербург, откуда затем перебрался в Саратов
и начал работать провизором в аптеке. В этот период его интересы бьши
направлены на изучение флоры и фауны Поволжья. В 1826 г. Клаус купил
аптеку в Казани. Здесь он продолжал начатые еще в Саратове исследования
в еще большем объеме. Но в Казани он прожил всего несколько лет. В
1831 г.Клаус опять в Дерпте, где усердно занимается химией. Затем он
вернулся в Казань и получил место профессора в университете. "Годы странст
ВИЙ" пришли к концу*. В 1841 г. Клаус начал изучать платиновые остатки,
т,е, то, что оставалось после обработки сырой платины царской водкой. Для
* В Германии был старый обычай, согласно которому подмастерье, прежде чем
стать мастером, должен был постранствовать по свету и научиться ремеслу. Именно
эти годы странствий авторы и имели в виду. Приммерев.
174

своих первых опытов он получил доволыю много таких остатков. В них
он обнаружил еще значительные количества платины, а также понемногу
родия, палладия, осмия и иридия. А в следующей порции остатков с
Монетного двора Клаус нашел рутений. Одновременно он убедительно доказал
необоснованность выводов Озанна об открытии плурана и полина.
Результаты своего исследования Клаус опубликовал в 1844 г. в "Ученых
записках Казанского университета". Хотя он и однозначно доказал, что
Озанн в свое время принял за рутений смесь окислов кремния, титана,
железа и циркония, содержащую немного рутения, само название элемента
Клаус оставил неизменным: ведь оно происходило от латинского слова
'Тутения", что значит Россия.
Итак, после открытия рутения семейство платиновых было
укомплектовано полностью. Оно заняло свое место в восьмой группе менделеевской
таблицы.
НЕ ТОЛЬКО ДЛЯ УКРАШЕНИЙ Платиновые металлы обладают рядом
физических и химическ:^ свойств,
резко отличающих их от прочих металлов. Особо отметим очень высокие
температуры плавления, прекрасную химическую стойкость и хорошие
каталитические свойства. Это относится ко всем платиновым металлам. Такой
набор свойств открыл платиновому семейству широкие области
применения. Неспециалисты полагают, что платиновые металлы годны только
для колец, серег и брошек, ну в крайнем cjty4ae - для перьев авторучек.
Применение платиновых металлов:
а - катализ; б - электротехника; в -приборостроение; г - лабораторная техника;
д - производство стекла; е - измерение температуры; ж - медицина,
стоматология; 3 - ювелирное дело; и - изготовление авторучек
175

и, между прочим, не так уж они и неправы. Например, в 1946 г. в США
почти 50 % добытой платины пошло на украшения, только 27 %
использовали в электротехнике и 10 % в химической промышленности. Но в
последние 25 лет это соотношение сильно изменилось, так как постоянно
растет потребность промышленности в платиновых металлах, правда,
спрос на отдельные металлы разный и цены платиновых металлов
постоянно изменяются. Сегодня 1 г платины стоит 28 марок, цена палладия в
4—5 раз ниже, рутений и осмий тоже дешевле платины, иридий стоит
примерно столько же, сколько и платина, а родий — намного дороже*.
На описание всех областей применения платины и ее "родственников"
ушло бы слишком много места. Поэтому мы огранищ1мся, как и в разделе
о редкоземельных элементах, рисунком. Кроме того, кратко остановимся
на области, которая без платины вообще, вероятно, не могла бы
развиваться. Эта область — химический катализ.
СКРЫТЫЕ СИЛЫ В каждом растительном и животном
организме решающую роль играют
каталитические реакции. Их, разумеется бессознательно, использовали еще
древние. Например, ферментация фруктовых соков для получения
алкоголя (так научно назьюают виноделие) — это тоже каталитическая реакция.
Но исследованием многообразных каталитических явлений начали
заниматься лишь с наступлением эры экспериментальной науки — примерно с
конца XVIII века. Так, уже немецкий химик Иоганн Вольфганг Деберейнер
(1780—1849 гг.) использовал известную реакцию соединения кислорода и
водорода при комнатной температуре в присутствии тонкоизмельченной
платины, В 1823 г. он изобрел зажигалку, работавшую следз^ющим образом.
Водород, получавшийся при реакции цинка с кислотой, проходил через
сопло, заполненное платиновым порошком. В результате образования воды
выделялось тепло, нагревавшее платину, и, наконец, от раскаленной
платины водород загорался.
Позже химики ознакомились с разложением перекиси водорода
пиролюзитом, превращением спирта в эфир (этерификацией спирта) под действием
серной кислоты и т.д. Общую черту во всех этих реакциях подметил Бер-
целиус. В 1836 г. он указал, что для их протекания необходимо присутствие
некоего третьего вещества. Именно Берцелиус и ввел термин "катализ".
Однако только на рубеже XIX—XX веков немецкий физико-химик
Вильгельм Оствальд (1853—1932 гг!) показал, что каждый катализатор
воздействует на скорость химической реакции и дал классическое определение
катализатора как "вещества, не проявляющегося в конечных продуктах
реакции, но воздействующего на ее скорость".
Итак, положение равновесия реакции при катализе не изменяется!
Катализатор не "запускает" реакцию, которой не присзоца собственная
движущая сила. Оствальд очень наглядно-сравнивал действие катализатора с
действием смазки на колеса. Без смазки колеса вращаются с большим трением
♦Эти цены относятся к 1977 г. и условиям ГДР. Приммерев.
176

и потому медленно. Но стоит
нам смазать оси, и колеса начнут
вращаться быстрее, хотя смазка
сама по себе никакой движущей
силы не имеет.
Сегодня известны различные
системы химического катализа,
дающие совершенно различные
продукты реакции. Можно
упомянуть о возможных реак-
Эталон метра, изготовленный из сплава 90 %
платины с 10 % иридия
Щ1ЯХ в системе окись углерода - водород. При определенных
условиях в этой системе протекает реакщш с образованием метана. Представляют
также интерес реакщш, в результате которых (при соответствующих
катализаторах) могут получаться высише углеводороды или метиловый спирт.
Еще одна особенность катализатора состоит в том, что он как бы управляет
реакщсей. Учитывая это, немещсий химик Альвин Митташ (1869—1950 гг.)
предложил рассматривать катализатор как "вещество, которое определяет
направление и скорость химической реакции, хотя само оно в ней
непосредственно не участвует". Но это расширение функций катализатора не
умаляет заслуги Оствальда, указавшего правильные пути в химическом катализе.
К первым намеренным применениям технического катализа относятся
получение хлора путем окисления хлористого водорода (способ Дикона)
Вильгельм Оствальд, лауреат Нобе^
левской премии 1909 г. за работы в
области химического катализа,
исследования химического равновесия и
кинетики химических реакций
12 Библиотечная книга
И окисление двуокиси серьх в трех-
окись контактным способом. В 1908 г.
Оствальд открыл явление
каталитического окисления аммиака, ставшее
основой производства азотной кислоты.
Вальтер Нернст (1864-1943 гг.) и Фриц
Габер (1868—1934 гг.)
сформулировали в 1905—1910 гг. теоретические
основы синтеза аммиака под давлением, а
Карл Бош (1874-1940 гг.) и Альвин
Митташ осуществили такой синтез на
практике Синтез аммиака стал
прообразом ряда других каталитических
процессов, протекающих при высоком или
низком давлении (например, синтез
метилового спирта).
Катализаторы из платиновых
металлов необходимы для многих химико-
технологических процессов. Так, при
каталитическом окислении аммиака
процесс идет на мелкоячеистой сетке
из платинородиевой проволоки. Без
платиновых металлов немыслимы
некоторые процессы гидрирования.
Каталитический риформинг (способ
производства высокооктановых углеводоро-
177

Печь для сжигания аммиака. Окись азота
NO служит сырьем для производства
азотной кислоты — одной из самых важных в
технике кислот. Окись азота получают в
таких печах путем каталитического окисления
аммиака с избытком воздуха:
4NH^ + 50^ = 4NO + бН^О,
Затем окись азота реагирует с кислородом
и переходит в двуокись NO2, из которой и
получают азотную кислоту:
2N0 + 0^= INO^,
SNO^ +Н^О^ 2HNO^ + NO
jifSB И ароматических веществ)
может протекать лишь в
присутствии платиновых катализаторов
или смесей платины с другими
металлами, например рением или
иридием. Платинородиевые
катализаторы нашли применение при
производстве синильной
кислоты из смеси метана, аммиака и
кислорода воздуха. С помощью
платиновых катализаторов
можно дожигать промышленные
отходящие газы.
Этих нескольких примеров
достаточно, чтобы показать
огромное каталитическое значение
платиновых металлов.
Однако техническая сторона этого
вопроса требует еще серьезных
научных исследований. Они
затрагивают и "чистую" химию,
и физическую химию, и
химию твердого тела, и
химическую технологию. В ГДР проводились и проводятся большие работы
по исследованию и внедрению катализа. В последние десятилетия на
крупнейшем хюдическом комбинате страны — народном предприятии "Лейна"
имени Вальтера Ульбрихта — разработан ряд технических катализаторов,
не уступающих лучшим мировым образцам, а во многих случаях и
превосходящих их. Среди новых катализаторов есть и такие, в которых активным
компонентом служит платина — именно тот металл, который немногим
больше двух столетий назад считался "плохоньким серебром"
ПРОШЛОЕ И БУДУЩЕЕ СЕРЕБРА
в ТЕНИ ЗОЛОТА Если верить археологам, то серебро —
третий металл, который начал
использовать человек, а произошло это примерно за 25 столетий до нашей эры в
Малой Азии. Некоторые авторы считают, что серебро бьшо известно еще
древним египтянам за четыре тысячелетия до нашей эры; однако
собственных месторождений серебряных руд в Египте не бьшо и в более поздние
времена они получали серебро от финикийцев, возможно из испанских
месторождений. Самородное же серебро встречается не очень часто и в
небольших количествах. Возможно египтяне бьши знакомы не с серебром,
а со сплавом золота и серебра, называемым "азем" (о нем уже говорилось
в начале книги), который египтяне считали самостоятельным металлом.
Этот сплав содержал 20—25 % серебра, а происхождение его бьшо,
вероятно, естественным; в природном золоте иногда содержится даже 50 % сереб-
178

pa и более. Известно, что в
Египте еще во время господства гик-
сосов (1780-1580 гг. до н.э.)
серебро стоило вдвое дороже
золота. А во времена XVIII динас-
тан (1580-1350 гг. до н.э.)
за три части золота давали пять
частей серебра.
Иногда попадаются
сообщения о находках самородков
серебра массой в несколько
килограммов, а в одном случае (он
относится к XV веку) даже 20 т.
Но основное количество серебра
в природе находится в виде
серебряных руд. Важнейшие из
них — агрентит Ag2S, светлый
и темный пираргириты А%2^ъ'
3Ag2S и SbiSs • 3Ag2S, а
также хлораргирит ("роговое
серебро") AgCl. Немало серебра
получают из свинцовых руд,
которые содержат обычно 0,01—0,3 %
серебра, но иногда до 1 %*
Серебро — частый гость и в медных
рудах, например в мансфельдс-
ких медных сланцах, о которых
мы уже говорили, содержится
0,01-0,02 % серебра. Серебря- Купеляционтя печь для выплавки серебра
ные руды проплавляют с ^"^ ^^^^^ ^- Агриколы "Царство металаов ")
добавкой свинца или свинцовой руды. Этот способ (купеляция) был
известен еще в древности. Во всяком случае его использовали еще за шесть
столетий до нашей эры в серебряных рудниках Лаурейона в Древней
Греции, а географ и историк Страбон в самом начале нашей эры описал этот
процесс, хотя и неточно. Получающийся серебряносвинцовый сплав
окисляется кислородом воздуха на поду открытой печи, причем окисляется
свинец, окись которого РЬО стекает в виде шлака. Серебро же остается
на поду и в конце концов начинает сверкать через слой шлака (это
называют свинцовым глетом). Момент появления серебра, вознаграждающий
металлургов за их усилия, древние сереброплавильщики называли сереб*
ряным бликом.
Труднее извлекать серебро из свинцовых руд. Если использовать
описанный метод, то придется окислить весь свинец, чтобы получить немножко
серебра. Но в 1829 г. англичанин Паттинсон открьш, что при медленном
затвердевании серебряносвинцовых расплавов сначала выделяется
практически не содержащий серебра свинец. Если его постоянно удалять из
расплава, то остающийся расплав будет постепенно обогащаться серебром до
его содержания 2,25 %. Дальше обогащение прекращается, так как этот
12* 179

сплав (он называется эвтектическим) имеет наименьшую температуру
плавления и будет затвердевать с этим составом. Но серебра з^же в нем
достаточно, чтобы отправить его на обычную выплавку.
В 1850—1852 гг. был разработан еще более удобный технологический
процесс выплавки серебра, основанный на том, что расплавленный цинк
не смешивается с расплавленным свинцом, но вытягивает из жидкого
свинцовосеребряного сплава серебро. При охлаждении расплава первым
затвердевает сплав цинка с серебром; не содержащий серебра свинец
удаляют, а сплав дистиллируют, причел* чистый цинк улетз^чивается, а
оставшийся серебряносвинцовый сплав перерабатывают на серебро обычным
способом. Этот процесс, внедренный в практику Парксом в 1859 г., тогда не
нашел широкого применения, но в наше время завоевал признание
металлургов.
Богатые серебряные руды перерабатывают, как правило,
гидрометаллургическими способами, например выщелачиванием цианидами. Медные
руды согласно разработанному в 1845 г. способу обжигают, чтобы
окислить сульфид до сульфата. А сульфат меди разлагается на СиО и SO3 уже
при 830°С, поэтому сульфат серебра из медных руд можно
выщелачивать водой. Полученное гидрометаллургическим способом серебро
содержит небольшие количества золота, а если оно поступило из Южной
Америки, то и платину. Серебро, полученное способом купеляции,
содержит около 5 % свинца. Его очищают злектролитическим способом*.
СЕРЕБРО В МИРЕ Хотя серебро в'сознании людей занимало
второе место после золота, до начала
XIX века оно влияло на политику и зкономику больше, чем любой др)той
металл. Уже упомянутые серебряные рудники Лаурейона сыграли важную
роль в возвышении Афин над др)тими греческими
городами-государствами. В Древнем Риме серебряные рудники в отличие от государственных
золотых шахт находились в частной собственности. Плиний Старишй
сообщает о серебряном столовом сервизе массой 12 тысяч фунтов, но он же
говорит и об иронических высказьгааниях карфагенских послов: где бы им
ни приходилось обедать в Риме, еду всегда подавали на одних и тех же
серебряных тарелках.
Главным источником серебра для Рима бьша Испания, поэтому
получение государственной должности в этой провинции бьшо очень
привлекательным, а зачастую становилось трамшшном в политической карьере. Даже
великий Цезарь пробьш два года пропретором в Испании, а после этого
сумел заплатить все свои долги (по мнению современников, они достигали
астрономических сумм). Испанские серебряные рудники, принадлежавшие
ранее Карфагену^бьши,по-видимому, одной из причин Пунических войн.
Доминирующее положение Германии в средние века в Европе во многом
объясняется и тем, что до открытия Америки на территории Германии
* Авторы не упомянули о важном способе извлечения серебра (и золота) из руд
с помощью цианидов натрия или калия. Этот способ, называемый цианированием,
был предложен в России в 1843 г. П.Р.Багратионом - племянником прославленного
героя Отечественной войны 1812 г. Гфилиред.
180

добывалось три четверти европейского серебра.
В Эльзасе серебро добьшали еще в VII веке, на
притоках Рейна Лане и Зиге - с 863 г. В 968 г.
были открыты легко доступные месторождения
серебра в Раммельсберге близ Гослара; расцвет
этих рудников пришелся на XI—XII столетия.
Фрайбергские серебряные рудники начали
работать в 1163 г., пережили свой расцвет в XV—
XVI веках и были закрыты только в 1913 г.
В Саксонии серебро добьшали с 920 г. Многие
города средневековой Германии были основаны
или процветали благодаря близости серебряных
месторождений.
Болыиие месторождения серебра были и в
Чехии. В Пршибраме серебро добьшали с 753 г.,
а на Кзггной горе — с 1240 г. В 1510 г. начались
работы на серебряных рудниках в районе
Иоахимсталя; из добытого там серебра были
в 1519 г. отчеканены первые иоахимсталеры,
которые позже называли просто талерами и
которые в течение столетий играли роль
мировых денег (в частности, слово "доллар" тоже
происходит от талера)*. Со времен древности
до первого десятилетия XIX века серебро
было основным металлом для чеканки монет
на эти цели шла тогда примерно треть добьшаемого серебра.
Отношение цен золота и серебра составляло 15:1 и оставалось
постоянным в течение столетий. Поскольку содержание серебра в монетах сильно
колебалось, а часто его уменьшали и умышленно, в Гамбурге с 1770 г. для
расчетов начали использовать чистое серебро в слитках.
Богатство Нового Света тоже состояло преимущественно из серебра,
хотя испански& завоеватели Южной Америки охотились в основном за
золотом. Испанские корабли, возвращающиеся из Америки на родину, в то
время называли "серебряным флотом". Множество исторических
анекдотов рассказывают о сказочном богатстве Перу, Колумбии и прежде всего
Мексики серебром. США тоже очень богаты этим металлом. Сегодня на
долю американского континента приходится почти 80 % добываемого в
мире серебра.
Серебряный талер
ВО ВЛАСТИ ТЕХНИКИ В списке элементов по
распространенности серебро занимает 69-е место,
т.е. встречается довольно редко. Тем не менее в прошедшие столетия
производство серебра в 30 раз превьшхало производство золота. Поэтому
серебро всегда было в большой мере бытовым металлом. Поскольку хнми-
* Под названием "ефимки" иоахимсталеры имели хождение и в России. Прим.
перев.
181

чески оно очень устойчиво (на него действуют только азотная кислота,
горячая концентрированная серная кислота и цианиды), этот металл часто
использовали для изготовления столовых приборов' в основном в виде
сплава с 20 % меди (серебро 800-й пробы). До изобретения нержавеющей
стали серебряные столовые приборы были идеальными: они почти не
реагировали с компонентами пищи. Да и сегодня они высоко ценятся за блеск
и возможность легкой чистки, хотя со временем на серебряных предметах
появляется налет черного сульфида серебра (в воздухе всегда имеются
небольшие количества сероводорода и серебряные предметы постепенно
тус1снеют). В то же время поверхность серебра можно намеренно
обрабатывать серой или какими-нибудь металлами; это придает металлу очень
красивый вид (темную окраску или орнамент). Техника чернения серебра
была известна еще древним египтянам и имеет давние традиции в России.
Серебро — ходовой металл для изготовления украшений, особенно
филигранных, т.е. выполненных из серебряной проволоки (это слово
происходит от латинского "филум" — нить). Ведь серебро легко поддается
волочению: из полуграмма серебра можно сделать тонкую проволоку
длиной в километр! Часто по соображениям экономии вместо
серебряных предметов пользуются посеребренными. Наконец, серебро
используют при изготовлении зеркал.
Но в этих областях остаются неиспользованными важнейшие и
ценнейшие качества серебра. Ведь именно серебро обладает наибольшей электро-
и теплопроводностью. В сочетании с пластичностью и химической
стойкостью это свойство делает серебро идеальным материалом для
электротехнической промьшшенности. Серебро применяют для изготовления
конденсаторов и защитных устройств, подводящих и отводящих контактов
малых электрических блоков, для специальных припоев. В химической,
фармацевтической и пищевой промышленности часто используют
серебряные или плакированные серебром устройства — автоклавы,
холодильники, клапаны и т.д. Серебро входит в состав катализаторов и лекарств;
используют его и для обеззараживания питьевой воды.
При столь широком применении спрос на серебро должен быть очень
большим. Но до второй мировой войны серебро было сравнительно
дешевым и доступным металлом, ибо техника еще не достигла тогда того
уровня, при котором она могла бы успешно использовать серебро. Например,
в США, где скупалось много серебра с целью поддержания высокой цены
на него, в 30-х годах выпускали даже посеребренные консервные банки с
целью экономии олова! Но эти времена безвозвратно прошли. Если в
1937 г. в Германии серебро стоило 33,2 рейхсмарки за килограмм, то в
1967 г. в TJJP оно стоило уже 171 марку за килограмм, и цена его
продолжает расти. В 1964 г. мировая (без СССР) добыча серебра составила
6095 т, а его потребление только в капиталистических промышленных
странах бьшо равно 7341 т, из которых на долю США приходилось 3487 т.
Только фотохимическая промьшшенность расходует 25—30 % всего
используемого серебра (в ФРГ в 1965 г. даже 37 %), причем это серебро
практически безвозвратно теряется.

КАК ОСТАНОВИТЬ МГНОВЕНЬЕ
То, что хлорид серебра {шт, как
называли его в те годы, "роговое серебро")
при определенных условиях темнеет, первым заметил Анджело Сала в
1614 г. Р.Бойль предположил, что это происходит под действием воздуха.
В 1727 г. врач из Гагае И.Х. Шульце установил, что потемнение
объясняется действием света. Шульце хотел изготовить светящийся препарат, для
чего он обработал мел раствором, содержащим серебро, О своем
наблюдении Шульце написал по-латыни статью с пространным названием : "Мра-
конос вместо светоноса или удивительный опыт действия солнечных
лучей", причем статья была написана так, что возможности применения
нового открытия были совершенно непонятны. В 1777 г. К.В.Шееле нашел,
что потемнение вызвано образованием металлического серебра, а
несколько позже (в 1782 г.) И.Сенебир установил, что свет разной окраски
вызывает потемнение в различной степени. Этими опытами заинтересовался даже
Гете. Примерно с 1816 г. систематическими опытами по фотографии
занялся француз Ж.Н.Ньепс (1765—1833 гг.)- Сначала он использовал хлорид
серебра, но вынзокден бьш прекратить опыты, ибо изготовленные им
фотографии постепенно темнели; ведь привычных в наше время закрепителей
тогда еще не знали» К такой же неудаче пришел еще в 1802 г. рано
скончавшийся английский химик Т.^Уэджвуд. Ньепс же для своих дальнешних
опытов, стимулом к которым, по-видимому, бьши работы Сенебира, выбрал
асфальт. Он надеялся изготовлять та-
Кристаллы галогенида серебра в фо' < «ж
то2рафической эмульсии (электрон^ "^^ "У^^^^ типографские клише. Мож-
ho-микроскопический снимок с уве- но отметить, что этот способ был впос-
личением в 5000 раз)
ледствии разработан его племянником
Ньепсом де Сен-Виктором.
В 1829 г. Ж.Н. Ньепс заключил до-
говсур с художником Л.М.Ж. Дагером
(1789—1851 гг.), который продолжил
его опыты на металлических
пластинках. Вскоре он открьш, что
посеребренные медные пластинки, подвергнутые
действию паров йода, после
относительно короткой вьщержки на свету
фиксируют картину, если их потом
обработать в парах ртути. Этот процесс нам
известен под названием дагеротипии.
Почти в то же время англичанин
У.Г.Ф. Толбот (1800-1877 гг.)
установил, что покрытая хлоридом, серебра
бумага фиксирует внешний вид
объектов, причем темные и светлые места
на ней "перепутаны" местами. Он
обработал эту бумагу галловой
кислотой, закрепившей изображение, а Затем
скопировал этот "негатив" на другую
такую же бумагу и получил позитивное
изображение. Несколько позже француз
183

Байяр предложил для закрепления применяющийся и в наши дни
тиосульфат натрия.
Кроме галогенидов серебра, существует еще множество
светочувствительных веществ (хлорид золота, "тинктура железа", многочисленные
красители, диазосоединения, азиды, некоторые пластмассы); некоторые из
них не намного меньше, а то и настолько же чувствительны к свету, как га-
логениды серебра. Разработан и специальный способ фотографии,
позволяющий применять эти вещества. И все же галогениды серебра остаются
универсальным фотоматериалом, превосходя остальные вещества тем, что на них
в результате действия света появляется скрытая ("латентная") картина,
которая становится видимой в результате проявления. Фотография
завоевала прочное место не только в повседневной жизни^ но и во всех областях
науки и техники (упомянем только о рентгеновских снимках в медицине
и при испытаниях материалов). Кинематограф,бывший в течение
нескольких десятилетий излюбленным развлечением людей, сейчас несколько
потеснен телевидением, но и оно не может обойтись без пленки, покрытой
галогенидом серебра.
В ГДР в 1966 г. продукция фотопромышленности (здесь имеются в
виду айпаратура и фотоматериалы) была очень большой; общая стоимость
этой продукции 13 млрд. марок. Эта отрасль расходует большое
количество серебра, хотя на 1 м^ площади фотоматериалов затрачивается всего
2-10 г серебра. В случае цветной пленки теоретически все затраченное
серебро можно вернуть обратно (регенерировать), но практически мы
далеки от этой цели. Черно-белая же пленка и бумага содержат тонкоизмедьчен-
ное серебро» не поддающееся регенерации. Поэтому дефицит серебра
постоянно увеличивайся. Сейчас потребность в серебре покрывается тем, что
из обращения изымаются серебряные монеты, которые передаются в
промышленность. Многие крупные ученые считают, что запасов серебра на
Земле хватит еще лили» на 15-20 лет. Если эти прогнозы подтвердятся,
то серебро станет первым промышленным материалом, земные запасы
которого человечество исчерпало. Во всяком случае, можно рассчитать, что
серебро, как и в начале своей истории, будет стоить дороже золота.
ОПРОКИНУТЫЕ ДОГМЫ
(инертные газы и их соединения)
ОДНА СТОДВАДЦАТАЯ В 1784-1785 гг. английский ученый
ДОЛЯ ВОЗДУХА Генри Клвендиш опубликовал
результаты своих семилетних исследований
воздуха. Хотя Клвендиш всю свою жизнь оставался последователем теории
флогистона, наука обязана ему множеством важных открытий. В частности,
он доказал, что вода состоит из кислорода и водорода, азотная кислота —
из азота, кислорода и водорода. При опытах с воздействием на воздух
электрической искры он совершил открытие, которое, однако, в течение
нескольких десятилетий не было замечено химиками.
Кавендиш изолировал в стеклянной трубке мыльным раствором смесь
"обычного" и "дефлогистированного" воздуха (под последним он пони-
184

мал кислород) и пропускал через
зту смесь электрическую искру до тех
пор, пока объем воздуха в трубке
не перестал уменьшаться. Затем он
удалил избыточный кислород
поглотителем, после чего в трубке остался
пузырек газа, объем которого Кавен-
диш оценил в 1/120 долю
первоначального объема смеси. Он и не
представлял себе, что открыл инертные газы!
Эксперимент Кавендиша с действием
электрической искры на воздух:
1 - смесь воздуха и кислорода;
2 - мыльный щелок; 3 - ртуть;
4 — к злектрической машине
ТРИУМФ ТРЕТЬЕГО ЗНАКА В предыдущих разделах мы показали,
ПОСЛЕ ЗАПЯТОЙ что после составления периодической
(ОТКРЫТИЕ АРГОНА) таблицы открывателям новых
элементов было не так уж и трудно
расставлять их как эка-элементы в пустующие клетки таблицы. Однако для
инертных газов, открытых после того, как Менделеев опубликовал свою
таблицу, свободных клеток не оказалось. Правда, сам Менделеев еще в 1869 г.
высказывал мнение, что его таблица не полна и должна быть дополнена
элементами, бл|1зкими по свойствам к водороду. Но это было лишь мнение,
свидетельствующее о широте взглядов великого ученого, а никаких
исследований в этом направлении не велось. Да и трудно бы пришлось тому, кто
решился бы изз^ать вещества, о которых ничего не известно. И первым
стимулом к исследованию инертных газов были работы, ставившие перед
собой иные цели.
В начале 80-х годов прошлого века лорд Рэлей (1842—1919 гг.) занялся
определением плотности кислорода и азота. В это время он, ученик и
последователь знаменитого физика Джеймса Клерка Максвелла (1831-1879 гг.),
занимал после него место профессора экспериментальной физики в
Кембриджском университете. В своих опытах Рэлей обратил внимание на то,
что азот, полученный из химических соединений, имеет меньшую плотность,
чем азот из воздуха. Этот результат Рэлей опубликовал в сентябре 1892 г.
в английском журнале "Нейчур", надеясь, что кто-нибудь из коллег
заинтересуется этим наблюдением и объяснит его. Но ничего подобного не
произошло. Тогда Рэлей сам начал перебирать возможные источники
полученного им результата. Он нашел следующие объяснения:
1. Выделенный им из воздуха азот мог быть загрязнен кислородом.
2. Азот из соединений аммония мог еще содержать водород.
3. Атмосферный азот может содержать небольшую долю молекул Нз",
ведь известно же, что кислород может образовывать и трехатомные
молекулы Оз (озон).
4. Небольшая часть выделенного из аммониевых соединений азота могла
при выделении разложиться, что и обусловливает меньшую плотность
такого азота.
185

Уильям Рамзай
Но ни одна из версий не
выдерживала критики. Где же решение?
Найти его помог Уильям Рамзай
(1852—1916 гг.), заведующий
кафедрой химии в Лондонском
университетском колледже. По его мнению,
истинная причина состояла в присутствии
еще не открытого тяжелого газа. Рэлей
дал согласие проверить его идею
экспериментально и они приступили к работе.
Проведенные Рэлеем точные
измерения плотности "химического" и
"атмосферного" азота показали, что
разность плотностей равна 0,0016 г/л,
т.е. стимулом для поиска новой
грухшы элементов была разница в
третьем десятичном знаке!
Рамзай удалил из воздзоса азот и
кислород с помощью реакции с
раскаленной магниевой стружкой, а
Рэлей воспользовался для этого
методами Кавендиша. Спектроскопическое
исследование остатка газа показало
красную и зеленую линии, не
принадлежавшие ни одному из известных
газообразных элементов.
13 августа 1894 г. оба ученых доложили о своем открытии на съезде
английских естествоиспытателей в Оксфорде. Дальнейшие исследования
показали, что новый элемент - одноатомный газ, не обладающий реакционной
способностью. По предложению председателя съезда Рэлей и Рамзай
назвали новый газ аргоном (по-гречески "аргон" - ленивый). Химическая
инертность нового элемента тоже задала загадку исследователям. А существуют
ли в природе соединения аргона?
В СПЕКТРЕ СОЛНЦА (ГЕЛИЙ) Вскоре после открытия аргона Рамзай
услышал от одного минералога, что
некоторые минералы, в частности клевеит, при растворении в кислотах
испускают значительные количества газа. Такой опыт впервые был
выполнен в 1888—1890 гг. американским минералогом и химиком Уильямом
Френсисом Гиллебрандом (1853-1925 гг.). Гиллебранд считал, что этот
газ — новый элемент. Но в то время такое предположение казалось
настолько несуразным, что Гиллебранд сз^мел стяжать себе не славу, а только
насмешки. Его самого заставили поверить, что выделяюидайся из клевеита
газ - обыкновенный азот.
Рамзай повторил опыт Гиллебранда, но при этом исследовал спектр газа.
Он обратил внимание на линию в желтой части спектра, соответствующую
длине волны 587,6 км; з»та линия была близка к линии натрия, но не
совпадала с ней. Скоро вь(яснилось, что такая линия в спектрах наблюдается
не впервые.
186

18 августа 1868 г. французский астроном Пьер-Жюль-Сезар Жансен
(1824—1907 гг.), находясь в Индии, исследовал на спектроскопе
протуберанцы во ър^ьля полного солнечного затмения. При этом он обнаружил
желтую линию, которую в лаборатории ему воспроизвести не удалось. В
следующем году эта же линия была найдена и в спектре хромосферы.
В следующем году эта же линия была найдена и в спектре хромосферы.
Вначале ее приписывали водороду. После того как директор Южно-Кен-
сингтонской обсерватории в Лондоне сэр Джозеф Норман Локьер 1836—
1920 гг.) убедился в том, что эта линия не принадлежит ни водороду, ни
какому-нибудь другому элементу, он приписал ее новому элементу. Так
как этот элемент был найден на Солнце, его назвали гелием (от греческого
"гелиос" - Солнце). Рамзай же в своих дальнейших работах определил,
что новый элемент - одноатомный газ, не вступающий в химические
реакции с другими элементами.
ЭКА-ЭЛЕМЕНТЫ Но этим открытием Рамзай не удовлет-
(НЕОН, КРИПТОН и КСЕНОН) ворился. Где есть два элемента с
совершенно новыми свойствами
(одноатомные газы, химически инертные), там могут быть и другие. Эта смелая
гипотеза пришла к Рамзаю не сама собой и далась ему не так уж легко.
Сформулированные в свое время Менделеевым порядок и систематизация хими
ческих элементов придали Рамзаю уверенность в том, что гелий и аргон —
два члена еще не известной группы периодической системы. Рамзай
определил, что атомная масса гелия равна примерно 4, а аргона — примерно 40.
По примеру Менделеева Рамзай предположил, что между гелием и аргоном
должен быть еще один элемент с атомной массой около 20 и описал его
предполагаемые свойства. Он назвал, опять же по примеру Менделеева,
этот элемент эка-гелием.
Рамзай со своим сотрудником Моррисом Уильямом Трэверсом начали
поиски нового элемента. Попытки выделить его из некоторых редких
минералов не увенчались успехом. Единственной надеждой исследователей
оставалась фракционная разгонка больших количеств ожиженного
аргона с получением легкой фракции, в которой они и надеялись найти новый
элемент. Одновременно им надо было подумать и о том, как "спасти"
тяжелые фракции аргона: ведь и в них могут содержаться высшие
гомологи инертных газов. Все рассуждения ученых оказались правильными. Очень
скоро удалось обнаружить сразу три новых элемента! 30 мая 1898 г. они
выделили третий элемент новой группы в чистом виде. В его спектре,
кроме широкой желтой линии с переходящей в зеленую область окраской,
была обнаружена четко вьфаженная зеленая спектральная линия, которой
не бьшо ни у гелия, ни у аргона, ни у водорода. В тот же день ученые
определили и плотность нового газа. Исследования затянулись до глубокой
ночи. Оба химика настолько увлеклись работой, что чуть не забыли о том,
что Трэверсу днем предстояло сдавать экзамен на звание доктора наук.
Измерения плотности показали, что новый газ — высший гомолог аргона.
Он получил название криптон (от греческого "криптос" - скрытый).
Рамзай хотел сначала найти легкий гомолог аргона, но разочаровываться
ему долго не пришлось; довольно быстро он наверстал упущенное. Еще в
187

июне Рамзай и Трэверс в легкой фракции аргона нашли эка-гелий. Его
назвали неоном ("неос" по-гречески - новый). А 12 июля 1898 г. им удалось
фракционной перегонкой "неочищенного криптона" получить еще один,
более тяжелый газ. Его назвали ксеноном (от греческого "ксенос" —
чужой).
Итак, с открытием ксенона стали известны пять новых элементов, что
вновь блестяще подтвердило правильность периодического закона. Сразу
после открытия аргона и гелия Рамзай задался вопросом, в какие клетки
периодической таблицы поместить новые элементы. То, что аргон
располагался сразу за хлором, а гелий - за водородом, но перед литием,
свидетельствовало об особом положении новых членов периодической
системы. По-видимому, они составляли самостоятельную группу. С
открытием неона, криптона и ксенона стало ясно, что эта группа ("нулевая")
сформирована (тогда еще не был известен радон — последний член семейства
инертных газов): она служила своеобразным переходом от элементов
седьмой основной грзошы (галогенов) к первой основной группе (щелочным
металлам).
На этом завершился первый этап в истории инертных газов.
СЛУЧАЙНОЕ ОТКРЫТИЕ ^^^® Рэлей И Рамзай отметили
И ЕГО ПОСЛЕДСТВИЯ особенность аргона — он не всту-
(ХИМИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ «ал В химические реакции. Это
ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ) ^® подтвердилось И ПО
отношению к остальным членам группы.
Поэтому их и назвали инертными газами. Атомы этих газов не
объединяются в пары с образованием электрически нейтральных молекул. Их одно-
атомность была доказана однозначно рядом исследований. И даже то, что
их точки плавления и кипения очень низки, подтверждает слабую
межатомную связь в жидком и твердом состояниях.
Несмотря на это, неоднократно предпринимались попытки получить
химические соединения инертных газов. В 1932 г. появилось сообщение,
что получены соединения криптона с хлором и бромом. Утверждение
оказалось ошибочным. Много раз писали о соединениях инертных газов с
металлами. Указывалось, что "соединения" типа WHej иР1з зНе
образуются в соответствующих инертных газах при искровом разряде в
присутствии данного металла. Но потом было точно установлено, что это
отнюдь не соединения, а очень тонко измельченные металлы, поверхность
которых поглощает зачастую значительные количества инертных газов.
Так называемые соединения включения инертных газов можно скорее
рассматривать как "соединения на вкус химиков". Соединения
включения, или клатратные соединения (от латинского "клатратус" -
включенный), представляют собой молекулярные агрегаты, промежутки в
которых заполнены геометрически "вписывающимися" атомами или
молекулами других веществ. Весьма интересная группа клатратных соединений —
это гидраты инертных газов примерного состава Аг-бНгО (вместо аргона
в формуле может быть криптон, ксенон или радон). Эти гидраты в
отношении кристаллической структуры и ряда Щ)угих свойств показывают
известное сходство с "истинными" химическими соединениями. В то же время и
188

o°c —
бЗ^С
~153,2°C
-leseo-c-
-Rn
-245,98°C
-268,93''C.
-273,15''C
Температуры
газов
Кг
Ar
-Ne
:He
Абсолютный
нуль
кипения инертных
В них инертные газы остаются
атомарными, а связь между атомами инертного газа
и решеткой, в которую он внедрился,
очень слаба. С валентными соединениями
обычной химии эти "соединения" имеют
мало общего. Для химиков важно, чтобы
при химической реакции инертного газа
"работали" валентные электроны. То, что
это в принципе возможно, давно говорил
еще немецкий физик Вальтер Коссель
(1888-1956 гг.).
Американский ученый Лайнус Полинг
(род. в 1901 г.), много и плодотворно
работавший над теорией химической
связи, еще в 1933 г. предположил, что
криптон и ксенон могут образовывать гекса-
фториды, а ксенон к тому же — и окта-
фториды.
В том же году Карл Отто Руфф (1871—
1939 гг.) и Вальтер Мендель
пытались в химическом институте
Берлинского университета синтезировать
фтористые и хлористые соединения криптона путем воздействия
электрической искры на соответствующую смесь газов при низких температурах.
Но ничего не получилось. И все же 30 лет спустя эта методика привела к
успеху, только не для криптона, а для ксенона, которым возможно Руфф
не располагал.
Близки к открытию соединений инертных газов в 1933 г. бьши
американцы Д.Н.Йост и А.Л.КЭЙ. Они смешали ксенон с фтором и начали
пропускать через смесь электрические искры, но поскольку они не охладили
смесь, у них ничего не получилось. Кроме того, они использовали обычную
для химии фтора кварцевую посуду. Сейчас мы знаем, что кварц реагирует
с некоторыми фторидами инертных газов, поэтому синтез чистых фторидов
не всегда удается.
Из множества других попыток синтезировать соединения инертных
газов следует упомянуть об опытах Анри Муассана, друга Рамзая,
безуспешно пытавшегося заставить вступить в реакцию аргон и фтор. Да и сам Рам-
зай пробовал получить подобные соединения и только в поздние годы
пришел к убеждению в химической инертности открытых им газов.
Поскольку известия о предсказанных соединениях не подтверждались,
воцарилось мнение, что инертные газы не могут вступать ни в какие
химические реакции. Такое мнение бьшо подтверждено и электронной
теорией валентности, согласно которой электронная оболочка атомов инертных
газов обладала особой устойчивостью. В абсолютизации этого в общем
правильного положения и состояла причина того, что инертность этих
газов стала догмой.
Но в июне 1962 г. чары бьши сняты! Здесь, как и при открытии инертных
газов, сыграл роль "его величество случай". Главным виновником раз-
189

рушения догмы стал открытый незадолго до того гексафторид платины
PtFe- Вскоре выяснилось, что этот фторид — самое сильное из всех
окислительных средств. Как нашел канадский ученый Н.Бартлет, гексафторид
платины, реагируя с молекулярным кислородом, окисляет его и
образует твердое красное соединение с формулой O^tFeJ:
PtFfi+Oj^OjCPtFe).
Здесь очень важно понять, что гексафторид платины забирает у
молекулы кислорода один электрон, т.е. кислород ионизируется. Большая
заслуга Бартлета состоит в том, что он предположил такз^о же реакционную
способность у ксенона. У этого инертного газа так же легко "похитить"
электрон, как и у молекулы кислорода. Когда американский ученый
соединил ксенон и гексафторид платины, образовалось твердое вещество,
которое в тонком слое имело желтую, а в толстом — сочную красную
окраску. Бартлет исследовал новое вещество и определил его формулу -
Хе(Р1Рб). Дальнейшие исследования, проведенные им и другими учеными,
показали, что эта формула не совсем точна, а правильная формула
выглядит так: Хе(Р1Рб)п, причем п лежит между 1 и 2. Но это нисколько не з^ма-
ляет заслуги Бартлета, получившего первое настоящее валентное
соединение инертного газа. Убедительное доказательство существования
соединения инертного газа в июне 1962 г., по словам самого Бартлета,
"положило конец твердо укрепившейся химической догме".
В последующие недели посыпались сообщения об открытии других
соединений инертных газов, причем зачастую одновременно появлялись
публикации о результатах работ различных групп, занимавшихся этой
проблемой. Часто одну публикацию от другой отделяло лишь несколько
дней. В общем, химики нашли свою "целину", на которой они застолб-
ляли участки.
В начале июля 1962 г. профессор Мюнстерского университета (ФРГ)
Р.Хоппе с сотрудниками синтезировали первый двойной фторид
инертного газа, проведя реакцию ксенона с фтором в условиях
электрического разряда. Химический анализ установил формулу нового соединения —
Хер2. Для полной уверенности ученые решили провести еще массч:пектро-
скохшческйй анализ и им пршплось ждать его результатов. Свою работу
они смогли опубликовать лишь 8 октября 1962 г.
Опыты в Мюнстере носили отнюдь не случайный характер. Еще в 1949—
1950 гг. здесь занимались исследованием возможности существования
соединений инертных газов, причем были разработаны очень точные
теоретические модели стабильности таких соединений. Расчеты и оценки
привели к выводу, что ксенон ~ самый перспективный инертный газ в
отношении образования соединений. Но в начале 50-х годов мюнстерские
ученые еще не могли получить ксенон достаточно высокой чистоты.
В США первые экспериментальные предпосылки возможности
существования одного или нескольких фторидов ксенона возникли при точном
исследовании реакции фторида рутения RuF^ с ксеноном. Путь
систематического исследования системы ксенон — фтор бьш открыт.
Началась настоящая "инертная лихорадка". Воодушевленные открыг
тием Бартлета американские ученые Классен, Зелиг и Мальм получили
тетрафторид ксенона элементарным синтезом под давлением:
190

Хе + 2р2=Хер4.
Это было в начале августа 1962 г, А немного позже сразу четыре
коллектива ученых (три в США и один в Югославии) сз^мели синтезировать
гексафторид ксенона XeFg тоже из элементов. Оба этих фторида ксенона,
как и дифторид, — бесцветные твердые, вещества. Их физические и
химические свойства изучались многими методами. И именно химические
исследования показали, что существует еще множество ксеноновых
соединений. В последующие годы были открыты соединения криптона и радона,
и уже несколько лет назад можно было говорить о существовании химии
инертных газов, которая сейчас заняла тфочное место в неорганической
химии.
Однако исследования химии инертных газов дали не только большую
информащоо для этой области науки; результаты исследований оказались
интересными и для ируплх областей неорганической химии. Например,
Лири и Бартлет тфивели первый пример соединения, в котором золото
имеет валентность +5 (!). Оно получается 1фи реакции фторида золота
АиРз с гексафторидом ксенона, тфичем на образовавшееся
комплексное соединение [Хе2р11][АиРб] воздействуют затем фторидом цезия.
Продукт этой реакции — соединение Cs(Aup6).
Расскажем о некоторых соединениях ксенона. К первой группе
относятся фториды Хер2,Хер4, ХеР^ иХер2-Хер4. Во вторую группу входят
окислы ксенона ХеОз, Хе04 и ХеОз'ЗН2 0, или Хе(ОН)б. К третьей
группе принадлежат соли ксеноновой кислоты Ка4ХеОб'лН2 0 (/2 = 0,6,8),
К4ХеОб-9Н20 и ВазХеОб. Имеются также соединения ксенона с фтором
и кислородом, е'сть соединения, в которых ксенон выступает как металл,
например ХеОр2, а есть соединения, в которых ксенон - комплексообра-
зующий атом: это соли рубидия и цезия типаЛ/[Хер7] HAf2[XePgl
(символом Л/обозначены рубидий или цезий). В большую группу соединений
ксенон входит в виде фторидов. Фтористые соединения образуют также
криптон и радон.
Таким образом, мы видим, что те утверждения, которые еще недавно
считались аксиомами, оказались неверными. В этом и состоит ценность
глубоких научных исследований, дающих нам новые знашш. Поэтому
всегда важно тфоверять даже устоявшиеся и на первый взгляд бесспорные
научные положения, которые на поверку часто оказываются догмами,
тормозящими развитие науки.

НА ПОРОГЕ НОВОГО ВЕКА
'Действительное единство мира состоит в его материальности,
а эта последняя доказывается не парой фокуснических фраз, а
длинным и трудным развитием философии и естествознания''.
Маркс К, Энгельс Ф.
Соч., изд. 2-6, Т. 20, с. 43.
КРЕСТНЫЕ ОТЦЫ
УРЛНИТОР
Лнтуан Анри Беккерель
24 сентября 1789 г. немецкий химик
М.Г.Клалрот сделал в Королевской
Прусской академии в Берлине доклад
об открытии нового элемента. Он говорил: "До настоящего времени
считалось, что существует семнадцать металлических веществ. И цель моего
доклада — дополнить этот список еще одним металлом".
Клахфот получил из иоахимстальской смоляной руды (ее в то время
принимали за железную руду, смешанную с цинком) оранжево-желтый
порошок. Он счел его окислом нового элемента и начал восстанавливать
древесным углем. Получился черный металлический порошок. Клапрот
был убежден, что перед ним новый металл и назвал этот металл ураном в
честь открытой незадолго до этого астрономом Гершелем (1738—1822 гг.)
планеты Уран. В действительности же он выделил двуокись урана UO2.
Предположение, что найденное Клахфотом вещество—низший окисел
урана, высказал Ф.Вёлер в 1831 г.; он хфедложил Юстусу фон Либиху( 1803—
1873 гг.) совместно с ним экспериментально доказать это. Однако
выполнить такую работу им не удалось. Металлический уран (тфавда, нечистый)
был вьщрлен лишь в 1841 г.
французским химиком Эженом Мельхиором
Пелиго (1811-1890 гг.) путем
восстановления безводного хлорида урана
UCI4 калием. Более чистый и
компактный металл Пелиго получил через
15 лет, восстанавливая тот же хлорид
урана металлическим натрием без
доступа воздуха. В конце концов
производство металлического урана было
налажено и в 1867 г. на Всемирной
выставке в Париже бьши представлены
для обозрения большие количества
урана.
Но в первые десятилетия после
открытия нового металла им никто не
интересовался, поскольку никакого
технического применения уран не
находил. Более 100 лет прошло после
открытия Клапрота, прежде чем этот
металл приковал к себе пристальное
_^___^__^ внимание учел^ых.
192

«г
^ .- ч'^аг^'. . ^^^•^?д.т5;^
Открытие рентгеновского из- ^^
лучения в 1895 г. побудило ^^,
многих физиков заняться вопро- *
сом, "не могут ли флуоресци-
рзпощие вещества под действием
света испускать подобные лучи.
Флуоресценция урановых
соединений была известна еще в сере- ^ ^
дине XIX столетия; тогда ее ис- *..
следованием занимался француз- .,J щ fff^ ^
ский физик Александр Эдмон \* ^ #
Беккерель (1820-1891 гг.). Его Л :!^*''*.
сын Антуан Анри Беккерель ^ I Х^''^ ^
(1852-1908 гг.), с 1895 г. про- X - £}
фессор физики в Парижской
политехнической школе, вновь
обратился к этой теме. И здесь
он совершенно неожиданно
встретился с явлением, которое
открыло дверь в атомный век.
В 1896 г, Беккерель обнару- ''^^ ' '''^Si'. i.i*-i»^«*>3lCI
жил, что соли урана испускают
самопроизволы1о излучение, ана- j^^p^^ „ jj^^ ^^^
логичное рентгеновскому.
Беккерель провел основательные опыты и убедился, что это излучение ни в
коем случае не вызвано светом; ведь даже урановые соединения, которые
он месяцами выдерживал в темноте, засвечивали фотопластинки через
черную бумагу и ионизировали воздух (делали его электропроводным).
Это новое свойство материи вначале показалось Беккерелю загадочным.
Он ходел выяснить вопрос, откуда могла взяться пусть даже небольшая
энергия, которую урановые соединения излучают длительное время. Ответ
на ЭТО! вопрос дали позже исследователи супруги Мария и Пьер Кюри.
Вместе с ними Беккерель получил Нобелевскую премию "за выдающиеся
заслуги в открытии самопроизвольной радиоактивности".
Но пока отвлечемся от открытия Беккереля и дальнейшей его истории
и поговорим о тории.
В 1815 г. при анализе редкого минерала из окрестнсстей Фалуна
(Швеция) Берцелиус обнаружил вещество, которое счел окислом нового
металла. Он назвал этот металл торием в честь скандинавского бога грома, бури
и плодородия Тора. Однако через десять лет, когда Берцелиус исследовал
минерал подробнее, он выяснил, что в то время не открьш никакой новой
"земли". Изучаемое им вещество состояло в основном из фосфата иттрия.
В 1828 г. Берцелиусу удалось заполучить минерал с норвежского острова
Левён; минерал прислал ему священник Ганс МортенТранеЭсмарк (1801 —
1882 гг.) для исследования. Отец Эсмарка, профессор университета в
Христиании (ньше Осло), был одним из самых известных и удачливых
минералогов Европы. Этот минерал он считал разновидностью танталита.
Однако Берцелиус в 1829 г. исследовал минерал и пришел к выводу, что
13 Библиотечная книга 193

это силикат нового металла, а именно тория. Эсмарк-сын хотел назвать
минерал берцелитом, но Берцелиус предложил название торит. Вот так
Берцелиус через четырнадцать лет после своего мнимого открытия нашел,
наконец, свой торий. Он попытался восстановить фторид тория натрием,
но получил нечистый металл. Торий чистотой 99 % получили только Д.Лили
мл. и Л.Гамбургер в 1914 г. путем восстановления хлорида тория ThCl4
натрием.
Долгое время после открытия торий оставался незаметным металлом.
Положение изменилось, когда на него обратил внимание Ауэр фон Вельс-
бах, о котором мы уже говорили. Колпачки газокалильных ламп,
изобретенные им, состояли на 99 % из окиси тория ТЬОг и на 1 % из окиси церия
СеОг- Эти колпачки давали яркий белый свет. Но с появлением
электрических ламп накаливания спрос на торий заметно упал. А вот в наше время
потребление тория резко возросло. Основная область его применения —
ядерная энергетика. Хотя сам торий и не относится к расщепляющимся
материалам, при бомбардировке нейтронами он захватывает один нейт-
^ ^ п
рон и переходит в свой изотоп Th. Этот изотоп в свою очередь
распадается с выделением бета-частиц и превращается в изотоп протактиния
^з^Ра, который затем переходит в изотоп урана ^^^U. А уж последний,
как и уран-235 и плутоний-239, — прекрасное ядерное топливо. Кроме
того, торий используют при изготовлении электронных ламп, а также в
качестве легирующей добавки к алюминию, железу, меди, никелю и т.д.
ПОПАЛИСЬ НА ИЗЛУЧЕНИИ Но еще задолго до тогр, как торий
(ПОЛОНИЙ И РАДИЙ) нашел свое место в технике, на него
обратила внимание наука. В 18^6 г.
почти независимо друг от друга Мария Кюри в Париже и Г.К.Шмидт в
Мюнстере открыли радиоактивность тория.
Мария Кюри (урожденная Склодовская, 1867—1934 гг.) была дочерью
преподавателя гимназии в Варшаве. Двадцатичетырехлетней девушкой она
приехала в Париж и начала изучать физику в Сорбонне. В 1894 г.она
встретилась с физиком Пьером Кюри (1859—1906 гг.), а в следующем году они
поженились. К тому времени
Пьер Кюри бьш зоке известным
ученым. Вместе со своим братом
Жаком он открыл
пьезоэлектрический эффект, провел
теоретические исследования симметрии
физических явлений и много
занимался изучением магнитных
свойств материалов при
различных температурах. Результаты
последних исследований он
представил в 1895 г. естественному
факультету Парижского
университета как докторскую
диссертацию.
Открытие Беккерелем излу-
В этом сарае супруги Кюри оборудовали
лабораторию и после тяжких трудов выделили
первые 100 мг хлорида радия из урановой
смоляной руды
194

чения урановых солей заинтересовало супругов Кюри, но Пьер в это время
был занят исследованием роста кристаллов и Мария решила в одиночку
заняться этим вопросом. Она с самого начала поняла, что имеет дело с
новой отраслью науки. О начале работ она писала: "Мои опыты показали,
что. . . это излучение — свойство атомов урана". И в другом месте: "Тогда я
начала проверять, не обладают ли другие элементы таким же свойством и
исследовала с этой целью все известные элементы как в чистом виде, так
и в виде соединений. Я нашла, что из всех исследованных веществ лишь
ториевые соединения испускают лучи, аналогичные урановым.
Интенсивность излучения тория примерно такая же, как и у урана, и тоже является
свойством атомов этого элемента".
Для нового свойства атомов тория и урана Мария Кюри предложила
термин "радиоактивность", крторый в последующие годы и десятилетия стал
символом новой эры.
Вскоре в своих исследованиях Мария Кюри встретилась с явлением,
над которым ей вместе с мужем пришлось здорово поломать голову.
Многие минералы, содержащие уран и торий, бьши гораздо более
радиоактивны, чем этого следовало бы ожидать по содержанию в них указанных
элементов. Когда Мария Кюри твердо убедилась, что всякие ошибки
измерения исключены, она предположила, что в исследуемых минералах (это
была иоахимстальская смоляная руда) содержится еще один элемент,
обладающий очень большой радиоактивностью. Мысль настолько
заинтересовала Пьера Кюри, что он прервал свои наблюдения над кристаллами и начал
искать вместе с женой предполагаемый элемент. Последующие годы стали
для супругов "героическим периодом" совместной жизни, как писала
потом Мария Кюри в автобиографии. Вскоре выяснилось, что искомый
элемент содержится в минерале лишь в очень малых количествах. Мария
Кюри писала: "Трудно сказать, утвердились ли бы мы в своем намерении,
если бы знали, каково действительное содержание нового элемента в
минерале. Можно сказать только, что все удачи в этой работе давались нам
с неслыханным напряжением, причем трудности по мере нашего
продвижения вперед все больше возрастали".
С неослабевающим мужеством продолжали cynpjo'H Кюри начатую
работу. Для своих опытов они выбрали смоляную руду, которая бьша
примерно вчетверо радиоактивнее окиси урана. Результатом проведенных ими
химических разделений бьшо отыскание двух самых радиоактивных фрак-
щш: одна из них отделялась вместе с висмутом, а вторая выпадала в осадок
с барием. Ученые поняли, что ими открыты два новых элемента. В июле
1898 г. они сообщили об открытии элемента из "висмутовой фракщш",
который Мария Кюри назвала полонием в честь своей родины Польши.
А в декабре того же 1898 г. супрзо'и Кюри совместно с Ж.Бемоном
сообщили об открытии радия. Бемон бьш руководителем научных работ
Парижской городской высшей школы промышленной физики и химии, где
Пьер Кюри бьш профессором физики с 1895 г.
Однако указание на новый элемент только по его излучению для
химиков бьшо недостаточным. Сама работа бьша впереди: требовалось выделить
соответствующие соединения в достаточно больших количествах.
Понадобились огромные усилия и немалые материальные затраты, прежде чем
13'
195

cjoipjo'aM Кюри удалось получить одну десятую долю грамма хлористого
радия RaCb из урановой смоляной руды. Четыре года интенсивнейшей
работы ушло на то, чтобы "согласно всем требованиям химии доказать,
что радий —действительно новый элемент ", — га1сала Мария Кюри. В
первый год своего совместного исследования они думали, что радий легче
выделить из руды, чем полоний, и поэтому сконцентрировали работу
только на выделении радиевых соединений.
19 апреля 1906 г. Пьер Кюри погиб в транспортном происшествии.
Несмотря на боль, связанную с этой утратой, Мария Кюри продолжала
исследования, ставшие делом ее жизни. В это время Сорбонна предложила
ей кафедру физики, которую занимал полтора года Пьер Кюри. И хотя
Мария Кюри очень хорошо понимала, какую честь ей оказывают, она не
торопилась принять предложение, потому что сомневалась, справится ли с
такой ответственной работой. Все же в конце концов она решилась
заняться педагогической деятельностью. И связаш1ые с этим серьезные
обязанности Мария Кюри выполняла так же добросовестно, как и огромную
работу по изучению радиоактивности, затянувшуюся почти на десять лет.
Вместе с химиком Андре Дебьерном в 1910 г. ей удалось выделить
металлический радий путем восстановления чистого раствора хлорида радия
на ртутном катоде. После отгонки ртути в атмосфере водорода бьш
получен чистый радий. Наконец-то Мария Кюри увидела этот таинственный
белый металл.
Продолжала работать Мария Кюри и над выделением полония. Ей
удалось получить концентрат этого металла, но полного выделения не
получилось, ибо полония в смоляной руде еще меньше, чем радия, из
которого он получается в результате радиоактивного распада. В 1902 г.
берлинский ученый В.Марквальд опубликовал работу "О радиоактивном
компоненте висмута из иоахимстальской смоляной руды". Ему удалось
получить металлический осадок на висмутовой палочке, погруженной в
висмутовую фракцию смоляной руды. Этот металл Марквальд назвал
радиотеллуром. Но вскоре выяснилось, что этот "радиотеллур" не что иное, как
открытый сутгрутдми Кюри полоний.
Изотоп полония ^***Ро излучает альфа-частицы. Поэтому его в смеси
с бериллием часто используют как источник нейтронов. При этой реакции
альфа-частицы (ядра гелия iHe)
'^'^!!!^!'1! r^L^^^t/!!'^^^^^^^^ «p^muu, вы- реагируют с ядрами изотопа
бериллия ' Be по уравнению
2Ве + 5Не = ^1С + п.
Для этой цели можно
применять и радий, так как он тоже
испускает альфа-частицы.
Применение радия в медицине (в
свое время радиевыми
препаратами пользовались для лечения
опухолей, кожных заболеваний
и т.п.) постепенно сходило на нет
по мере того, как в ядерных
реакторах в результате облуче-
196
данный Пьеру и Мари Кюри
fiJ^IS^"*- W
1 ^

ния других элементов начали получать более дешевые вещесхва, по своим
радиоактивным свойствам не уступающие радию. Например, источник
излучения с кобальтом-60 стоит в десять тысяч раз дешевле, чем радиевый
источник такой же интенсивности излучения.
Надо сказать несколько слов о тех отличиях, которыми был отмечен
самоотверженный труд cynpjo'OB Кюри. В 1903 г. вместе с Беккерелем
они бьши удостоены Нобелевской премии по физике в знак "признания
выдающихся заслзо' в совместной работе над открытой Анри Беккерелем
радиоактивностью". В 1911 г. Мария Кюри получила Нобелевскую премию
"как признание заслуг в области химии, выразившихся в открытии
элементов радия и полония, определении свойств радия и его выделения в виде
металла, а также исследовании его природы и химических соединений'
."55
ПРОДУКТЫ РАСПАДА -
ЧЕТЫРЕМЕТАЛЛА И ГАЗ
Раоиоактивный распад:
1 - свинцовый экран; 2 -
радиоактивный препарат
Открытие радиоактивных элементов
радия и полония в урановых рудах
неизбежно рождало вопрос: как эти
элементы могли "появиться" иэ урана? Мы не ставим себе задачу
проследить здесь извилистые и отмеченные многими ошибками пути, по которым
шли первые исследователи естественной радиоактивности. Выявлением
ряда радиоактивного распада занималось множество ученых. Сегодня мы
знаем, что у радиоактивных элементов от номера 81 и выше можно
проследить три ряда радиоактивного распада. Два из них начинаются изотопами
урана с атомными массами 238 и 235, а"стартовая площадка" третьего —
изотоп тория с атомной массой 232. Заканчиваются все эти ряды на
изотопе свинца ибо он и есть конечный
продукт радиоактивного распада.
Радиоактивные превращения
элементов послужили прекрасным примером
глубокого проникновения человека в
закономерности и взаимосвязи форм
существования материи. Этот факт
отметил Фредерик Жолио-Кюри в своей
речи по поводу присуждения ему
Нобелевской премии в 1935 г. Он сказал:
"Открытия показали, что во Вселенной
нет неделимых атомов, созданных раз
и навсегда и существующих
неизменными вечно. В действительности мы
можем наблюдать их, поскольку (и
насколько) они уцелели при распаде".
"Выживание" осколков атомов с
короткими (по сравнению с
геологическими эпохами) периодами полураспада
возможно, разумеется, лишь тогда,
когда их запасы постоянно пополняются в
результате распада каких-то
радиоактивных веидеств.
/9
ее
1
2-Ш
СХ- Распад
Z
Е1
/3- ^^
)С1К1Д
Z
El-
-fb'
\п
viEl+Eherqie
2-^1
197

Рассмотрим радиоактивный распад подробнее. При естественном распаде
ядра появляются три вида излучения: альфа-излучение (это ядра атомов
гелия 2 Не^"^), бета-излучение (электроны с отрицательным зарядом) и
гамма-излучение (рентгеновское излучение с очень малой длиной волны).
Под действием магнитного поля альфа- и бета-лучи отклоняются, причем
в разные стороны и в различной степени.
При альфа-распаде заряд ядра (он равен атомному номеру) уменьшается
на две единицы, а масса — на четыре. При бета-расплаве заряд ядра атома
увеличивается на единицу, а новый элемент переходит в соседнюю клетку
менделеевской таблицы.
Бета-распад — следствие перехода нейтрона ядра, в протон.
Высвобождающаяся при этом энергия выдается в виде бета-лучей (потока электронов).
Теперь обратимся к элементам (о радии и полонии говорить з^же не
будем), которые тоже входят в ряды радиоактивного распада.
Элемент № 89 — актиний, он же эманий. Результаты опытов супругов
Кюри позволяли предположить, что в урановой смоляной руде должен быть
еиде один "радиоэлемент" из группы редкоземельных. Поисками этого
элемента занялся уже известный нам Дебьерн, работавший в
химико-физической лаборатории Сорбонны. Он охотно откликнулся на предложение
Пьера Кюри заняться проблемами радиоактивности. Относительно скоро
ему удалось открыть предполагаемый элемент, но после его выделения
стало ясно, что он нередкоземельный. Дебьерн опубликовал свое
сообщение в 1899 г. и назвал элемент актинием. Независимо от него элемент № 89
открьш в 1902 г. немецкий химик Ф.О.Гизель, назвавший его эманием.
Количества актиния, полученные в первые годы после его открытия,
бьши очень малыми. При этом технологии, разработанной супругами Кюри,
свидетельством, что химическая операция удалась, было излучение
радиоактивного препарата. А о химических свойствах элемента можно было
судить только по тем соединениям, которые выделились вместе с ним
при химических разделениях.
Так как актиния в урановой руде очень мало (примерно в 300 раз
меньше, чем радия), долгое время не удавалось выделить ни сколько-
нибудь заметных количеств актиниевых соединений, ни тем более самого
металла. Это удалось только позже. Актиний теперь получают при
бомбардировке радия нейтронами. Образуется радиоактивный изотоп радия
^ ^ ^Ra, который в результате бета-распада переходит в актиний:
"*Ra +n="^Ra ^-> "^Ас.
88 88 89
Источник актиния — протактиний, долгоживущий изотоп бревия.
Открытие актиния породило вопрос, откуда же он произошел, иными словами,
при распаде какого элемента образуется актиний. В 1913 г. немецкие
ученые К.Фаянс и О.Геринг открыли "радиоэлемент" ЦХг- Они считали,
что это продукт превращения элемента UXi. Если перевести это на
современный язык, то элемент UX2 — изотоп протактиния ^^^Ра,
получающийся при бета-распаде изотопа тория ^^*Th (именно его Фаянс и Гфинг
называли элементом UXi);
234 jj^ ^ "^Ра + ^
90 91
198

Но то, что нам сейчас (после открытия закона радиоактивного
смещения) кажется таким "простым", вовсе не было простым в те времена.
Правда, жизнь исследователям значительно облегчила четкая
формулировка явления изотопии, которую предложил в 1910 г. Фредерик Содди.
Надо сказать, что в те годы среди тяжелых элементов периодической
системы не было того порядка, к которому мы привыкли сегодня. Торий
тогда относили к четвертой дополнительной группе, а уран — к шестой.
Согласно найденному Фаянсом и Герингом отношению, элемент UXi
помещался в пятой дополнительной группе, т.е. был эка-танталом. Период
полураспада элемента UX2 был чуть больше минуты, за что открыватели и
назвали его бревием (от латинского "бревис" — короткий, недолгий).
В связи с открытием элемента UX2, или бревия, — очень
недолговечного радиоактивного элемента — вопрос о происхождении актиния стал
особенно важным, но и особенно неясным. Так писал в научной автобиографии
Отто Ган (1879—1968 гг.). Вместе со своей ассистенткой Лизой Мейтнер
(1878—1968 гг.) он через несколько лет нашел элемент, из которого
получался актиний.
Отто Ган бьш по образованию химиком, но еще в молодые годы
увлекся радиоактивностью. Поводом к этому было "случайное" открытие
им "радиотория" (^IgTh) во время пребывания в Лондоне в 1905 г., где
Ган практиковался в институте Рамзая. Это "случайное открытие", как
Ган сам называл его впоследствии, побудило Рамзая предложить Гану
всерьез заняться радиоактивностью, Уильям Рамзай считал, что это очень
перспективное дело.
Лиза Мейтнер бьша физиком. Осенью 1907 г. она приехала из Вены в
Берлин, чтобы совершенствоваться в теоретической физике у великого
Макса Планка (1858-1947 гг.) и продолжать работы в области
радиоактивности. В эти годы между Ганом и Мейтнер возник исключительно
тесный научный контакт, и они очень дружно работали более 30 лет, пока
этому не помешали порядки фашистской Германии.
В 1913-1914 гг. несколько групп физиков и химиков из разных стран
обсуждали возможные пути образования актиния, причем ответы на этот
вопрос были самыми различными, а требовался один, но четкий ответ.
Несмотря на это, Ган и Мейтнер "не теряли мужества, особенно когда
узнали, что радий источником актиния быть не может", как вспоминал
потом Отто Ган. Но тут разразилась первая мировая война и Берлинский
физический институт приостановил начатые работы. Ган бьш призван
на военную слз^жбу, а Мейтнер уехала в Австрию и стала работать
медсестрой в рентгеновском кабинете. Только в 1917 г. оба ученых смогли
вновь встретиться и продолжить прерванную работу. Довольно скоро им
удалось экстрагировать азотной кислотой из остатков смоляной руды
танталоподобный элемент — источник актиния с атомной массой 231 и
периодом полураспада 32500 лет. Сообщение об этом открытии бьшо
опубликовано в начале 1918 г.: новый элемент назвали протактинием*.
* Название происходит от двух слов: "рротос" (по-гречески - первый) и
актиний. Тем самым как бы подчеркивается, что протактиний - "родоначальник"
актиния. Прим,ред.
19

Практически в то же время и кезависимо от Гана и Мейтнер Фредерик
Содди и Джон Крэнстон в Англии опубликовали сообщение о своих
исследованиях источника актиния. Они пытались выделить элемент из смоляной
руды возгонкой. В полученных ими продуктах наблюдалось возрастающее
содержание актиния (вследствие распада протактиния), но по данным
самих авторов нового вещества в продуктах отгонки были лишь следы.
Между этими группами исследователей спор о приоритете никогда не
возникал. Поэтому Содди и Крэнстон согласились с названием нового
элемента, хотя и считали его не вполне корректным. Ведь подлинными
открывателями элемента № 91 были Фаянс и Геринг, нашедшие протактиний еще
в 1913 г. в виде его изотопа с атомной массой 234. Правда, его период
полураспада бьш чуть больше минуты и международной комиссии практически
нечего бьшо предъявить, а у элемента, открытого Ганом и Мейтнер, период
полураспада составлял много тысяч лет и никак не оправдывал названия
"бревий". Ган поэтому считал, что вполне корректным, но, увы, не
слишком лаконичным, бьшо бы название "протактиний долгоживущий изотоп
брения".
Несколько лет спустя сотрудник Гана Аристид фон Гроссе выделил
первые несколько миллиграммов чистой окиси протактиния Ра2 05. Так,
химики получили еще один радиоактивный (после радия) элемент в
пригодных для исследования количествах.
Еще два элемента — фрашщй и астат. Долгое время не было отбоя от
желающих завершить первую основную группу периодической системы
открытием эка-цезия. Но все "открытия" этого элемента не выдерживали
никакой серьезной критики. Лишь в 1939 г. француженке Маргарите Перей,
сотруднице института Кюри в Париже, удалось открыть элемент № 87.
Маргарита Перей занималась в то время исследованием одного препарата
актиния, который она хотела очистить от продуктов его распада — тория-
227, радия-223 и др. При этом она отметила резкое увеличение
бета-излучения, которое не могло быть вызвано бета-распадом актиния. Она занялась
тщательным исследованием и обнаружила, что актиний большей частью в
результате бета-распада переходит в изотоп тория (радиоактиний), а кроме
этого, при альфа-распаде образуется еще не известный радиоактивный
элемент, характеризующийся сильным бета-излучением. Перей извлекла
этот элемент на свет божий и назвала его "актиний К" Но новичок бьш
очень недолговечным — его период полураспада бьш всего 22 мин. При
бета-распаде нового элемента получался радий-223, т.е. тот элемент,
который лежал на давно известном "тракте":
227 д^ ^227^ " 223j^
Отсюда ясно, почему "актиний К" так долго ускользал от пытливых
исследователей. Маргарита Перей в последующие годы занималась
химическими свойствами открытого ею элемента. Полученные результаты однозначно
подтвердили, что этот элемент и есть эка-цезий. В 1946 г. исследовательница
предложила назвать новый элемент францием в честь своей родины, а
обозначить его символом Fa . Международный союз чистой и прикладной химии
(ИЮПАК) принял это название, но предложил для элемента символ Fr.
200

Сегодня исследователи имеют франций в достаточных количествах,
чтобы определить его свойства. Правда, его источник — актиний — трудно
выделять из урановых руд; проще получать его нейтронной
бомбардировкой радия;
226 Ra +п = 227 j^ £.227 дс_
88 88 83
Изотоп франция с атомной массой 231 имеется в ряду распада
искусственного радиоактивного элемента нептуния. Здесь он получается из ii30Tona
актиния 22 5д^, После альфа-распада из франция образуется элемент № 85
(астат) с атомной массой 217.
История астата такова. В 1931 г. Ф. Аллисон с сотрудниками
опубликовали в американском журнале "Физикл ревью" сообщение об открытии
элемента № 85 — эка-йода. Но впоследствии это открытие не подтвердилось.
Элемент № 85 был открыт в 1940 г. в Радиационной лаборатории
Калифорнийского университета в Беркли Э. Сегре, Д.Р. Корсоном и К.Р. Мак-Кензи
и при бомбардировке висмутовых проб альфа-частицами на циклотроне.
Первые радиохимические исследования показали, что искусственно получен
(правда, в количествах, не достаточных для изучения) новый элемент,
высший гомолог иода:
2°^ Bi + '^ Не = элемент № 85 + 2 п.
83 2
Стало ясно также, что этот элемент — металл. Но вскоре исследования
пришлось прекратить, так как началась вторая мировая война и многие
физики-атомщики США вынуждены бьши переключиться на решение задач,
связанных с войной. Когда правительство президента Рузвельта решило
создать атомную бомбу (эти работы получили кодовое название
"Манхаттан-проект"), среди других ученых в Лос-Аламос прибыл и Сегре. До 1946
г. он руководил там группой и был одним из ведущих специалистов в
создании атомной бомбы. В 1946 г. он вернулся в Беркли и стал там
профессором физики. Ему и его прежним сотрудникам удалось вернуться к
исследованию элемента № 85. Через семь лет после своего первого
открытия этот элемент получил имя астатин и символ At. На выбор названия
повлияло то, что период полураспада нового элемента был очень
небольшим, а на греческо-латинском жаргоне слово "астатин" означает
неустойчивый.
В это же время австрийские исследователи Б. Карлик и Т. Бернет
обнаружили астат в трех рядах естественного радиоактивного распада.
Встречается он и в ряду распада нептуния. Самый долгоживущий изотоп астата —
это астат-210: его период полураспада всего 8,3 час. А вот изотоп с атомной
массой 216 из ряда распада тория имеет период полураспада около трех
десятитысячных секунды! Да, астат оправдывает свое имя.
Гаэ со многими именами (радон). После открытия инертных газов
неона, криптона и ксенона казалось, что группа этих элементов уже
укомплектована. Об эка-ксеноне никто и не думал, да и в этой области
периодической системы было много неясного. Правда, в том же 1898 г., когда были
открыты три инертных газа, супруги Кюри открыли полоний с атомным
номером 84, но следующий элемент., т.е. эка-йод, еще не был открыт. Было
201

бы логичным включить и эка-ксенон в ряд висмут — полоний — эка-иод. Но
если гомолог йода был открыт лишь в 1940 г., то на след эка-ксенона
напали гораздо раньше.
Вскоре после открытия радия в 1898 г. исследователи обратили
внимание, что все вещества, находящиеся в непосредственной близости к
радиевым солям, тоже становятся радиоактивными. Если же эти вещества
удалить от радиевых солей, то они довольно быстро теряют свою
радиоактивность. Одним из первых исследователей этого трудно объяснимого факта
был немещсий физик Фридрих Эрнст Дорн. В 1900 г. он пришел к выводу,
что радий должен испускать газ (тоже радиоактивный), который
осаждается на находящиеся близко от радия вещества. Вскоре новозеландец Эрнест
Резерфорд (1871- 1937 гг.), работавший тогда в Монреальском
университете профессором физики, со своим учеником и сотрудником Фредериком
Содди (1877—1956 гг.) сумел доказать это предположение. Газ назвали
"эманащ1ей"* радия". Уильям Рамзай исследовал его спектр и в 1910 г.
определил атомную массу нового газа. Оказалось, что он примерно в ПО
раз тяжелее водорода (если при нормальных условиях литр водорода весит
0,09 г. то эманащ1я радия весила 9,9 г). Рамзай дал газу имя нитон, так как
в ожиженном состоянии в стеклянной трубке он блестел и светился, как
при фосфоресценщ1и (по-латыни "нитенс" — блестящий).
Но оказалось, что радиоактивные газы появляются не только у радия.
Были обнаружены "эманащ1Я актиния" и "эманащ1Я тория". Все они
входили в ряды радиоактивного распада, а когда Содди в 1910 г. открыл явление
изотопии, выяснилось, что все они — изотопы элемента № 86. Решением
Международной комиссии по радиоактивности этот элемент был назван
радон**.
В природе радон имеется в исчезающе малых количествах. Его доля в
земной коре составляет всего 6,2-10'"' ^ %. Он встречается там, где есть
минералы, содержащие торий и уран. Обнаружен радон и в некоторых
источниках. По своему химическому поведению радон — типичный инертный газ,
одноатомный и очень плохо вступающий в реакщ1и. Лишь в последнее
время удалось провести реакщ1ю радона с фтором. Точный состав
получающегося фторида установить пока не удалось, так как вьщеляющаяся при
альфа-распаде радона энергия сильно затрудняет анализ. Применяется радон
в очень небольших масштабах, например при лучевой терапии
злокачественных опухолей, для измерения скорости прохождения газа через доменную
печь и при испытании подземных газопроводов на плотность швов.
ПРОБЕЛЫ ЗАПОЛНЯЮТСЯ Много лет безымянный (элемент № 43) .
(ТЕХНЕЦИЙ И ПРОМЕТИЙ) До 1925 г. марганец был единственным
известным элементом седьмой
дополнительной группы. Но недостатка в попытках найти в природных минералах
предсказанные Д.И. Менделеевым эка-марганец и дви-марганец не было. В
научной печати появлялось много сообщений об открытиях высших
гомологов марганца. А какие названия им давали! Дэвий, ильмений, люций,
*
**
От латинского слова, означающего "истечение". Прим. ред.
Производное от слова "радий". Прим ред.
202

ниппоний. . . Но на поверку никакого нового элемента не обнаруживалось.
И все же в 1925 г. В. Ноддак, И. Такке и О. Берг открыли рений в продукте
обогащения гадолинита — силиката иттрия, бериллия и железа. Ноддак и
Такке считали, что они обнаружили и элемент № 43 в обогащенных фрак-
]щях колумбита и танталита. Этот элемент они назвали мазурием. Но все их
попытки воспроизвести результаты своего опыта оказались безуспешными.
Сегодня известно, что стабильных изотопов элемента № 43 не
существует. Правда, известны три изотопа с периодом полураспада от 100 тысяч до
1 миллиона лет. Но простой расчет показывает, что все атомы элемента №
43,^ которые "имелись в наличии" при образовании Земли, уже давно
должны были распасться. Тем не менее элемент № 43 все же существует в
природе, хотя в невообразимо малых количествах. Исследования последних лет
показали, что урановые минералы содержат крохотные количества изотопа
молибдена 42^0, образующегося при распаде урана. А этот изотоп (как
свидетельствуют данные многих исследований) испускает бета-лучи с
периодом полураспада 66 часов и переходит в элемент № 43. Обнаружение
изотопа молибдена в урановых минералах косвенно доказывает, что техне-
Щ1Й в природе имеется, хотя некоторые атомщики и химики считают, что
это положение нуждается в тщательной проверке.
Открыли элемент № 43 Э.Дж.Сегре и К. Перье в 1936—1937 гг. в
Палермо.
Эмилйо Джино Сегре родился в 1905 г. в Тиноли (Италия). Он изучал
физику в Риме и был первым докторантом Энрико Ферми. После работы
ассистентом в Риме он работал в Гамбурге у Отто Штерна и в Амстердаме у
Петера Зеемана. Тридцати одного года отроду он получил звание
профессора и с 1936 до 1938 г. работал вторым директором Физического института в
Палермо. В 1938 г. Сегре переехал в. США. Вместе с американцем Оуэном
Чемберленом он получил в 1959 г. Нобелевскую премию по физике за
открытие антипротона.
Но вернемся в год 1936. В декабре этого года профессор физики Эрнест
О. Лоуренс из университета й Беркли передал Сегре кусок молибдена,
который несколько месяцев облучали дейтронами (ядрами атомов дейтерия)
в циклотроне. Этот кусок обладал сильной радиоактивностью. Сегре и
минералог К. Перье нашли, что эту радиоактивность нельзя приписать ни
самому молибдену, ни возможным примесям ниобия и циркония в куске.
А вот при работе с марганцем и рением (особенно с последним) такая
радиоактивность наблюдается. Этот факт явно указывал, что в молибдене
содержится эка-марганец,образующийся по реакции
2
4 2 Мо + 1 Н = элемент № 43 + п.
Элемент удалось отделить от носителя в потоке хлористого водорода.
Сегре и Перье исследовали еще ряд свойств вновь открытого элемента, но
количество его было слишком малым (около 10"' ° г). Только после того,
как Сегре и его сотрудница By Цзяньсюн в 1940 г. нашли этот элемент в
продуктах радиоактивного распада урана, они получили для исследований
достаточные его количества. Изотопы технеция можно получать и бомбаз>ди-
ровкой нейтронами молибдена или рутения:
^« Мо+ п - ^^ Мо i^^ Тс.
42 42 43
20

Новый элемент получил имя лишь спустя десять лет после открытия, а
именно тогда, когда было однозначно установлено, что между искусственно
полученным и встречающимся в природе технецием нет никакой разницы.
Следовательно, открыватели "искусственного" злемента имели право дать
ему название. Тогда Сегре и Перье дали новому злементу имя технеций
(от греческого "технетос" — искусственный).
Иллиний против Флоренция, циклоний или Прометей? Англичанин Г.
Мозли, исследуя рентгеновские спектры, открыл в 1913 г. закон, благодаря
которому стало возможным предсказать число еще не внесенных в
периодическую таблицу злементов. Этот-то закон и показал, что среди "редких
земель" был "просмотрен" один злемент за номером 61. Ученые сразу же
занялись поисками зтого злемента. Американцы Дж. Гаррис и Б. Гопкинс в
1926 г. сообщили, что в концентрате монацитового песка они нашли
спектральным методом неизвестный злемент. Назвали они его иллинием по
имени плата Иллинойс. Как только появилась их статья, итальянцы Л.
Ролла и Л. Фернандес опубликовали работу, в которой рассказывали, как
они еще в 1924 г. отыскали злемент № 61 в концентрате руд
редкоземельных металлов. Они назвали свой злемент флоренцием. Но ни одна из зтих
работ не выдержала серьезной проверки — нового злемента не оказалось.
Более солидной была заявка американцев Лоу, Пула, Курбатова и
Куилла из университета штата Огайо в 1941 г. Они облучали в циклотроне
лучами высокой знергии пробы празеодима, неодима и самария. В
получившихся радиоактивных продуктах, по их мнению, должен был находиться
злемент № 61. Но химически выделить и идентифицировать его им неудалось,
хотя и нельзя отрицать, что какие-то мизерные количества злемента № 61 в
зтих продуктах были. Этого же мнения придерживались и многие другие
ученые, хотя бьшо оаспространено воззрение, что "циклотронный метод" не
дает убедительного доказательства существования злемента № 61. Несмотря
на зто, исследователи из Огайо остались уверенными в своей правоте и
назвали злемент циклонием.
Настоящими открывателями злемента № 61 стали американские
исследователи Дж. Марийский, Л. Гленденин и Ч. Кориелл из Клинтоновской
лаборатории в Оук-Ридже. Они отыскали зтот злемент в продуктах распада
урана. Группа продуктов распада, в которой, как предполагали ученые,
находится искомый злемент, содержала иттрий и редкоземельные злементы от
лантана до европия. Используя недавно разработанный ионообменный
способ (дело происходило в 1945—1946 гх.), Марийский и его коллеги сумели
отделить злемент № 61 от других. Выделив миллиграммовые количества
злемента, они заявили об его открытии в 1948 г. и дали ему имя Прометей в
часть героя греческих мифов Прометея, похитившего для людей
божественный огонь. По мысли ученых зто название должно было служить
напоминанием о том драматическом пути, который человечеству пришлось пройти,
чтобы овладеть знергией атомного ядра. Международный союз химиков в
1949 г. признал открытие Марийского и его сотрудников, но изменил
название злемента на прометий, т.е. дал ему окончание, обычное для
большинства злементов.

ХЮНОЛОГИЧЕСКИЙ ОБЗОР
ВАЖНЕЙШИХ ЭТАПОВ ЗНАКОМСТВА
ЧЕЛОВЕЧЕСТВА С ХИМИЧЕСКИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
20000-15000 лет до н.э.
Углерод
6000-5000 лет до н.э.
Около 5000 лет до н.э.
Медь и золото (Малая
Азия)
4500-3500 гг. до н.з.
Медь и золото (Египет)
Около 3300 г. до н.з.
Медь, свинец, олово и
золото (Египет,
Месопотамия)
Около 3000 г. до н.з.
Сурьма (Китай)
3000-2000 лет до Н.З.
Железо и свинец (Египет,
Малая Азия)
Около 2500 г. до н.э.
Серебро (Малая Азия)
Около 2000 г. до н.з.
Медь (Египет)
Около 1800 г. до Н.З.
Олово (ЬСитай, Япония)
2000-1600 гг. до н.з.
Сера
1500-500 гг. до Н.З.
(Египет, Финикия, Палее-
тина"*
Около 1200 г. до н.з.
Олово, цинк (Индия)
На исходе палеолита человек открывает
различные способы добывания огня по принципу
превращения механической знергии в
тепловую. Он знаком с углеродом и применяет его
в виде древесного угля для рисования
Развивается гончарное производство
(незадолго до возделывания злаков и проса или
одновременно с ним)
Неолитический человек начинает использовать
медь и золото (сначала самородные). Эти
металлы обрабатывают в холодном состоянии
и применяют преимущественно для украшений
Освоены горячая обработка и плавка меди и
золота, а также выплавка меди из
карбонатных руд
Для улучшения свойств меди при плавке к
ней добавляют руды свинца и других
металлов. Получены первые оловянные бронзы и
сплавы меди с золотом
Получена металлическая сурьма
Появился способ производства железа (кри-
ный способ); начали получать
металлический свинец. В странах Средиземноморья
расцвет бронзового века
Вьшлавлено довольно чистое серебро; давно
известный сплав золота с серебром "азем"
теперь получают также и искусственно
Разработан простой способ выплавки меди
из сульфидных руд
Вероятно, впервые получено металлическое
олово
Стала известна сера как осадок в горячих
источниках
Замечены первые щелочные материалы (зола
растений, сода, негашеная известь), которые
сначала использовались, вероятно, только для
косметических целей (удаление волос);
начато производство простейших стеклянных
сосудов
Впервые выплавлены металлические олово
и цинк
205

Около 600 г. до Н.З.
(Греция)
Около 600 г. до н.э.
Серебро (Греция)
Около 400 г. до Н.З.
Ртуть (Греция)
Около 400 г. до н.э.
(Греция)
Около 350 г. до Н.З.
(Греция)
I век
Цинк
IV век
Мышьяк
V век
(Александрия?)
IX век
(Александрия?)
XIII век
Висмут (Германия)
XIV век
Черная металлургия
Около 1527 г.
Около 1557 г.
Платина
1642 г.
Около 1643 г.
Около 1648 г.
1669 г.
Фосфор
Около 1671 г.
Водород
206
Появились первые натурфилософы (Фалес,
Анаксимандр). В их учениях содержались
элементы материализма
Применяется купелирование для извлечения
серебра из свинца или бедных руд
Стала известна ртуть
Левкипп и Демокрит обосновывают (сначала
чисто умозрительно) атомистическую теорию
строения вещества
Аристотель разрабатьшает, основываясь на
воззрениях Эмпедокла и Платона, четырех-
элементное учение
Плиний Старший описывает под названием
"кадмиа'' окись цинка
Получен металлический мышьяк
Возникает алхимическая двухэлементная
теория (сера и ртуть)
Разрабатываются простейшие способы
дистилляции
Получен металлический висмут
Построены первые доменные печи для
выплавки чугуна; ранее шахтные печи использовали
только для производства сварочного железа
Парацельс разрабатывает теорию "трех начал"
(сера, ртуть и соль). Попыткам алхимиков
превращать неблагородные металлы в золото
он противопоставляет ятрохимию —
практическое использование химических знаний в
первую очередь в медицине
Первое письменное сообщение Скалигера об
уже известных на территории нынешней
Колумбии месторождениях платины
Юнгиус разрабатывает, следуя за греческими
атомистами, и на первых порах тоже
умозрительно понятие элемента, основанное на
химическом анализе
Торричелли доказывает существование
вакуума
Ван Гельмонт проводит первые исследования
газов
Бранд получает элементарный фосфор
дистилляцией мочи
Бойль впервые получает водород, растворяя
железные иголки в серной или соляной кисло-

Около 1697 г.
1702 г.
Борная кислота
1702 г.
Натрий
Около 1727 г.
Около 1735 г.
Кобальт
1736 г.
Натрий, калий
1746 г.
Кремнезем
Около 1746 г.
Серная кислота
1747 г.
1748 г.
1750 г.
Платина
1751 г.
Никель
1754 г.
Глинозем
1766 г.
Водород
1769 г.
Хлор
1771 г.
Кислород
1772 г.
Азот
1774 г.
Кислород
1774 г.
те; однако химическую природу водорода
Бойль уяснить не сумел
Шталь предлагает флогистонную теорию
Гомберг выделяет борную кислоту,
подогревая буру с водным раствором
двухвалентного сульфата железа (железного купороса)
Шталь устанавливает, что в поваренной соли
содержится особая щелочь
Гальс разрабатывает методику анализа газов
Брандт открывает кобальт в висмутовых
рудах
Дюамель дю Монсо доказывает, что
поваренная соль содержит щелочь, существенно
отличающуюся от щелочи, которая содержится в
винном камне или поташе
Потт предполагает, что стекловидные камни
содержат пока еще не известную "землю"
Роебук и Гарбетт впервые получают серную
кислоту в промышленном масштабе в
свинцовой камере
Ломоносов публикует работу по
кинетической теории теплоты, основанную на
интуитивных положениях
Ломоносов определяет роль воздуха при каль-
цинащ1и металлов
Уотсон и Браунригг публикуют подробное
описание платины и ее свойств
Кронстедт открывает никель в руде из
кобальтовой шихты
Маргграф. открывает глинозем AI2O3 в
квасцах
Кавендиш доказывает в своей работе по зкс-
периментальному исследованию воздуха, что
имеется газ, резко отличающийся от воздуха,
и сообщает об открытии водорода
Обрабатывая пиролюзит "мурийной"
(соляной) кислотой, Шееле получает "дефлогисти-
рованную соляную кислоту" (хлор); зти
результаты опубликованы в 1774 г.
При нагреве пиролюзита с концентрированной
серной кислотой Шееле наблюдает вьщеление
"витриольного воздуха" (кислорода)
Резерфорд и Кавендиш (независимо друг от
друга) открывают азот
Пристли (независимо от Шееле) открывает
кислород
Шееле открывает в тяжелом шпате (барите)
207

Окись бария, окись
марганца
1774 г.
Марганец
1778 г.
"Молибденовая кислота
1781 г.
"Вольфрамовая кислота
1781 г.
Молибден
1782 г.
Теллур
1783 г.
1783 г.
Вольфрам
1787 г.
))
))
1789г.
Двуокись циркония
1789 г.
Двуокись урана
1791 г.
Двуокись титана
1793 г.
Окись стронция
1794 г.
"Иттриевая земля"
1795 г.
Двуокись титана
1797 г.
Окись бериллия
1797 г.
Хром
1798 г.
208
окись бария ВаО, а в пиролюзите окись
марганца МпО
Ган, восстанавливая пиролюзит углеродом,
получает загрязненный марганец
Из молибденового блеска M0S2 Шееле
получает "молибденовую кислоту" МоОз -21120
Шееле открьюает в "тунгстейне" (шеелите)
"вольфрамовую кислоту" W03"2H2 0
Гьельм получает восстановлением
"молибденовой кислоты" углеродом молибден,
загрязненный карбидами
Мюллер фон Райхенштейн находит теллур в
румынской золотой руде
Лавуазье полностью публикует свою теорию
окисления
Братья Элуяры выделяют из вольфрамита
"вольфрамовую кислоту", а из нее получают
вольфрам путем восстановления углеродом
Лавуазье разрабатывает "систему антифлогис-
тической химии", которая отличается
правильным истолкованием
окислительно-восстановительных процессов, новым определением
элемента и примерно верной трактовкой природы
кислот, оснований и солей, а также делает
упор на количественные исследования в химии
Совместно с Гюитоном де Морво, Бертолле
и де Фуркура Лавуазье закладывает основы
номенклатуры неорганической химии,
сохранившие свое значение и до наших дней
Исследуя драгоценный камень с Цейлона,
Юхапрот открывает двуокись циркония Zr02
В урановой смоляной руде Юхапрот
обнаруживает двуокись урана Ш 2, которую он
принимает за металлический уран
Грегор открывает в корнуэльском
железистом песке двуокись титана ТЮг
Ютапрот открывает в стронцианите окись
стронция SrO
Гадолин выделяет из минерала иттербита
"иттриевую землю"
lOianpoT независимо от Грегора открывает
двуокись титана Ti02
Воклен открывает в берилле окись бериллия
ВеО
Ваклен и Юхапрот независимо друг от друга
открывают в "сибирском красном свинце"
хром
Юхапрот приходит к выводу об элементарной

Теллур
1801 г.
Ванадий
1801 г.
Ниобий
1802 г.
Тантал
1803 г.
"Цериевая земля"
1803 г.
Палладий, родий
1804 г.
Осмий, иридий
1807 г.
Калий, натрий
1808 г.
Кальций, магний,
стронций, барий
1808 г.
Бор
1810 г.
Хлор
1811г.
Кремний
1813 г.
Иод
1813-1814 г.
Иод
1816 г.
1817 г.
Литий
1817 г.
1817 г.
Селен
природе открытого в 1782 г. Мюллером
теллура
Дель Рио открывает в зимапанской свинцовой
руде ванадий, который он назвал "эритро-
нием"; позже он принимает открытый им
элемент за загрязненный хром
Хатчет открывает в колумбите (железомарган-
цевой южноамериканской руде) ниббий в виде
пятиокиси, правда, сильно загрязненной пяти-
окисью тантала Та2 05
Экеберг открывает тантал в виде пятиокиси,
правда,сильно загрязненной пятиокисью ниобия
Берцелиус с Гизингером, а также Клапрот
независимо друг от друга открывают "церие-
вую землю"
Волластон обнаруживает палладий и родий в
пробах платиновой руды
ТеЯнант открывает не в растворившихся в
царской водке остатках платиновой руды
осмий и иридий. Независимо от него'Воклен и
де Фуркруа открывают осмий, а Колле-Деско-
тиль — иридий
Дэви получает калий и натрий электролизом
расплавов
Электролизом расплавов с применением
ртутного электрода Дэви получает кальций,
магний, стронций и барий
Гей-Люссак и Тенар, нагревая "стекловидную"
борную кислоту с калием, впервые получают
бор (загрязненный)
Дэви определяет элементарную природу
открытой Шееле в 1774 г. "дефлогистированной
соляной кислоты" (хлора)
Гей-Люссак и Тенар, восстанавливая тетра-
фторид кремния SiF4 калием, впервые
получают загрязненный аморфный кремний
Куртуа открывает иод в золе бурых
водорослей
Дэви и Гей-Люссак независимо друг от друга
определяют элементарную природу иода
Купер изобретает фосфорные спички
Арфведсон открывает литий в петалите
Дёберайнер предпринимает первую попытку
упорядочения элементов (правило триад)
Берцелиус открывает в шламе свинцовых
камер сернокислотного производства в Грипс-
хольме селен
14 Библиотечная книга
209

1817г.
Кадмий
1823 г.
1824 г.
Кремний
1824 г.
Цирконий
1824 г.
Тантал
1825 г.
Алюминий
1825 г.
Титан
1826 г.
Бром
1827 г.
Алюминий
1828 г.
Бериллий
1829 г.
Торий
1830-1831 гг.
Ванадий
1831 г.
Серная кислота
1832 г,
1836 г.
1839-1840 г.
Церцй, лантан
1841 г.
Уран
210
Герман открывает кадмий в силезской окиси
цинка. Штромейер отмечает присутствие окиси
кадмия CdO в карбонате цинка, не понимая
в полной мере значения зтого открытая
Дёберайнер впервые использует
каталитические свойства платины (ее способность
активизировать водородные молекулы) в названной
его именем зажигалке
Берцелиус пол)^ает методом Гей-Люссака и
Тенара довольно чистый кремний
Нагревая гексафторцирконат калия с калием,
Берцелиус пол)^ает загрязненный цирконий
Восстанавливая гексафтортанталат калия
калием, Берцелиус получает загрязненный
металлический тантал
Эрстед разлагает безводный хлорид алюминия
А1С1э калиевой амальгамой и полз^ает
алюминий, сильно загрязненный калием
Восстанавливая гексафтортитанат калия,
Берцелиус впервые получает металлический титан
(загрязненный)
Балар открывает бром в морской воде и
доказывает близость его свойств к свойствам
хлора и иода
В^лер совершенствует разработанный
Эрстедом способ прлз^ения алюминия и
восстанавливает безводный хлористый алюминий
калием
В'ёлер и Бюсси независимо друг от друга
получают металлический бериллий путем
восстановления хлористого бериллия BeCl 2 калием
Берцелиус открывает в минерале торите
двуокись тория ТЬОг
Сефстрём и Берцелиус открывают ванадий в
шведской железной руде
Филипс берет патент на способ окисления
газов, содержащих двуокись серы, кислородом
воздуха в присутствии платины до трехокиси
серы
Дагер и Толбот открывают принцип
фотографии с применением галогенида серебра
Берцелиус дает характеристику типичных
свойств каталитических реакций
Мосандер разделяет "цериевую землю" на
окислы церия, "дидим" и лантан
Восстанавливая безводный хлорид урана
UQ4 калием, Пелиго получает загрязненный
металлический уран

1843 г.
Иттрий, тербий
1843 г.
1844 г.
Ниобий
1844 г.
Рутений
1847 г.
Фосфор
1848 г.
1854 г.
1854 г.
Хром
1854 г.
Кремний
1854 г.
Алюминий
1859 г.
1860 г.
Цезий
1861г.
Таллий
1861 г.
Рубидий
1863 г.
Индий
1863-1866 гг.
1864 г.
1865 г.
1866 г.
Ниобий, тантал
Мосандер разделяет "иттриевую , землю" на
окислы иттрия, "эрбий" и тербий
Фарадей разрабатывает процесс
гальванического никелирования
Розе выделяет из танталитов хлорид ниобия
NbCls • ^^ же дает элементу название "ниобий"
Юхаус открывает рутений в платиновых
остатках
Фон Штрё'ттер впервые выделяет
неоднократно наблюдавшийся им ранее чистый красный
фосфор
Бёттгер изобретает безопасные спички
Создание бессемеровского способа
производства стали
Бунзен впервые получает чистый хром
электролизом водного раствора хлорида хрома
СгОз
Сент-Юхер Девиль впервые получает
крупнокристаллический кремний
Сент-Юхер Девиль разрабатывает первый
промышленный способ производства алюминия
путем восстановления хлорида алюминия
i^Cla калием
Бунзен и Кирхгоф разрабатывают метод
эмиссионного спектрального анализа
Бунзен и Кирхгоф открывают спектральным
методом в дюркгеймской минеральной воде
цезий
Kpjocc открывает спектральным методом в
остатках шлама свинцовых камер
сернокислотного производства таЛлий
Бунзен и Кирхгоф открывают спектральным
методом в дюркгеймской минеральной воде
рубидий
Райх и Рихтер открывают спектральным
методом во фрейбергской цинковой обманке
индий
Ньюлендз формулирует "закон октав" для
систематизации химических элементов
Создание мартеновского способа производства
стали
Одпинг достигает прогресса в систематизации
элементов
Де Мариньяк впервые получает чистые
соединения ниобия и тантала путем фракционной
кристаллизации щелочных "двойных
фторидов"
14*
211

1867 г.
Ванадий
1867 г.
Мышьяк
1868 г.
Гелий
1869 г.
1875 г.
Галлий
1875 г.
Серная кислота
1878 г.
1878 г.
Окись иттербия
1879 г.
Окись скандия
1879 г.
Окислы тулия и гольмия
1879 г.
Окись самария
1880 г.
Окись гадолиния
1880 г.
1885 г.
Окислы неодима
и празеодима
1886 г.
Фтор
1886 г.
Германий
1886 г.
Алюминий
1886 г.
Окись диспрозия
212
Роско получает чистый порошок ванадия
путем восстановления хлорида ванадия VCI2
водородом
Беттендорф охлаждает пары мышьяка и
получает желтый (неметаллический) мьпыьяк
Жансен обнаруживает при
спектроскопическом исследовании солнечного протуберанца
желтую спектральную линию, которую Локьер
и Френкленд приписали новому химическому
элементу (гелию)
Менделеев составляет свою периодическую
табдицу. Одновременно и независимо от него
составляет подобную таблицу Мейер
Лекок де Буабодран открывает спектральным
методом в цинковой обманке галлий
Винклер сообщает об опытах производства
серной кислоты путем окисления чистой
двуокиси серы кислородом в присутствии
платинового катализатора
Создание томасовского способа производства
стали
Де Мариньяк выделяет окись иттербия УЬгОэ
из "окиси эрбия"
Шльсон открывает в пробах "окиси эрбия"
окись скандия Sc2 Оэ
Ютеве выделяет окись тулия ТтгРэ и окись
гольмия Н02О3 из "окиси эрбия"
Лекок де Буабодран открывает окись самария
Sm2 03 в "окиси дидима"
Де Мариньяк выделяет из "окиси дидима"
окись гадолиния Gd2 Оэ
Создание злектросталеплавильного процесса
Ауэр фон Вельсбах разделяет "окись дидима"
на окись неодима NdjOa и окись празеодима
РггОз
Муассон впервые полз^ает элементарный фтор
путем электролиза фторида калия в
плавиковой кислоте
Винклер открывает в аргиродите
предсказанный Менделеевым германий
Крупномасштабное промьшшенное
производство алюминия путем электролиза расплава
смеси окиси алюминия с криолитом Na [AIF5 ]
способ разработали независимо друг от друга
Холл и Эру
Лекок де Буабодран выделяет из "окиси галь-
мия" окись диспрозия ВугОз

1887 г.
Титан
1894 г.
Аргон
1895 г.
Гелий
1896 г.
1896 г.
Торий
1897 г.
1898 г.
Полоний, радий
1898 г.
Криптон, неон, ксенон
1898 г.
Бериллий
1899 г.
Актиний
Около 1900 г.
1900 г.
Радон
1900 г.
Радон
1901 г.
Окись европия
1902 г.
Полоний
1902 г.
Актиний
1903 г.
Церий
1903-1906 гг.
Ниобий, тантал
1904 г.
Сурьма
Нильсен и Петерсон, восстанавливая хлорид
титана TiCU натрием без доступа воздуха,
получили злементарный титан чистотой 95 %
Рэлей и Рамзай открывают аргон
Рамзай находит гелий в клевеите
Беккерель открывает естественную
радиоактивность (на урановой смоляной руде)
Мария Кюри и Шмидт открывают независимо
друг от друга естественную радиоактивность
тория
Гольдшмидт демонстрирует разработанный им
алюминотермический метод
Супруги Кюри открьшают в урановой
смоляной руде полоний и совместно с Бемоном
радий
Рамзай и Треверс открывают криптон, неон
и ксенон
Лебо выделяет чистый бериллий путем
электролиза расплавленного фторида бериллия в
смеси с фторидом натрия или калия
Дебьерн открывает актиний в урановой
смоляной руде
Оствальд дает определение катализатора как
вещества, изменяющего скорость реакции, но
отсутствующего в ее продуктах
Дорн делает предположение, что при
радиоактивном распаде радия вьщеляется
радиоактивный газ (радон)
Резерфорд и Содди при исследовании'*'дающих
эманацию" веществ открывают "эманацию
радия" (элемент радон)
Демарсе выделяет окись европия БпгОэ из
считавшейся ранее чистой окиси самария
Марквальд вьщеляет "радиотеллур", которьш
оказывается идентичным открытому
супругами Кюри полонию
Гизель независимо от Дельерна открывает
актиний (эманий)
Аз^р фон Вельсбах изобретает пирофорный
ферроцерий, используемый как камень
зажигалки
Фон Больтон получает небольшие количества
ковких ниобия и тантала методом вакуумной
дуговой плавки
Шток получает из сурьмянистого водорода в
результате обработки его озонсодержащим
213

1905 г.
1905-1907 гг.
Лютеций
1905-1910 гг.
1908 г.
1909 г.
Бор
1910 г.
Радий
1911г.
1913 г.
1913 г.
1913 г.
Протактиний
1914 г.
Фосфор
1914 г.
Торий
1918 г.
Протактиний
1922 г.
Гафний
1925 г.
1925 г.
Рений
1925-1926 гг.
214
кислородом желтую (неметаллическую)
сурьму
Ган открывает "радиоторий" (^io Th)
Урбен и Ауэр фон Вельсбах независимо друг
от друга находят в пробах окиси иттербия
"Кассиопей" (лютеций)
Нернст и Габер формулируют теоретические за^
кономерности синтеза аммиака под давлением
Оствальд разрабатывает способ
каталитического окисления аммиака
Вайнтрауб впервые получает кристаллический
бор, восстанавливая хлорид бора ВС1э
водородом в злектрической дуге высокого
напряжения
Мария Кюри и Дебьерн получают
металлический радий путем восстановления хлорида
радия с помощью ртутного катода
Резерфорд разрабатывает модель строения
атома (ядерно-оболочечную модель)
Мозли открывает закон, позволяющий
однозначно определить место элемента в
периодической системе по его рентгеновскому
спектру
Содди дает определение изотопа, считающееся
верным и в наши дни
Фаянс и Геринг открывают "радиоэлемент"
их^ и называют его "бревий" (протакти-
ний-234)
Бриджмен нагревает белый фосфор до 200"С
при давлении 10 тыс. ат и ползд1ает черный
(металлический) фосфор
Лели мл. и Гамбургер получают торий
чистотой 99 % путем восстановления хлорида
тория ThCU натрием
Ган и Мейтнер сообщают об открытии долго-
живущего изотопа протактиния ^^i Р^-
Независимо от них Содди и Крэнстон тоже находят
протактиний
Хевеши и Костер открывают методом
рентгеновской спектроскопии в минералах циркония
гафний
Паули формулирует свой принцип
расположения электронов в оболочке атома
Ноддак и Такке методом рентгеновской
спектроскопии открывают в продуктах
обогащения колумбита и гадолинита рений
Ван Аркел и де Бур публикуют описание
своего метода "химического транспорта" вещества
через газовую фазу; этим методом можно

1926 г.
Двуокись серы
1927 г.
Ванадий
1929 г.
1932 г.
1932 г.
Тяжелый водород
1933 г.
1934 г.
1934 г.
1936^1937 гг.
Технеций
1937 г.
1938 г.
Расщепление ядра
урана
1939 г.
Франций
1939 г.
1939 г.
Цепная реакция
1940 г.
Астат
1940 г.
Технеций
1940 г.
Нептуний
1940 г.
Плутоний
получить в чистом виде элементы, которые
раньше можно было производить лишь
загрязненными примесями
Создание способа Мюллера — Кюне для
получения двуокиси серы из гипса
Марден и Рич получают ванадий чистотой 99,8%
восстанавливая пятиокись ванадия
металлическим кальцием и хлористым кальцием
Брёнстед дает новое определение понятий
"кислота" и "основание"
Чедвик открывает нейтрон при реакции альфа-
частиц с бором и бериллием
Ури открывает тяжелый водород \ Н
(дейтерий)
Полинг высказывает первые соображения о
соединениях инертных газов
Супруги Жолио-Кюри открывают
искусственную радиоактивность при бомбардировке
алюминия альфа-частицами
Ферми с сотрудниками начинают опыты
бомбардировки урана нейтронами
Сегре и Перрье открывают технеций в пробах
молибдена, облученных дейтронами
Клузиус и Диккель впервые применяют
термодиффузию для разделения изотопов
Ган и Штрасман открывают расщепление ядра
атома урана при бомбардировке медленными
нейтронами
Перей открывает франций как побочный
продукт естественного радиоактивного распада
актиниевого ряда
Фриш и Жолио-Кюри независимо друг от друга
рассчитывают на базе капельной модели
атомного ядра энергию^ высвобождающуюся при
расщеплении ядра урана
Жолио-Кюри, Андерсон, Сциллард и др.
доказывают экспериментально существование
цепной реакции при делении урана
Сегре, Корсон и Мак-Кензи получают астат при
бомбардировке висмута альфа-частицами
Сегре и By Цзяньсюн открывают технеций в
продуктах распада урана
Макмиллан и Абельсон открывают нептуний в
виде изотопа нептуний-239 в продуктах
распада изотопа уран-239
Сиборг, Макмиллан, Кеннеди и Валь получают
плутоний в виде изотопа плутоний-238 при
бомбардировке ядер урана дейтронами
215

1942 г.
1944-1945 гг.
Америций, кюрий
1945 г.
Атомная бомба
1945-1946 гг.
Прометий
1949 г.
Берюшй
1950 г.
Калифорний
1951 г.
1952 г.
Эйнштейний, фермий
1953-1954 гг.
Углерод
1955 г.
Менделевий
1957-1958 гг.
Элемент №* 102
( Нобелий )
1961 г.
(Лоуренсий)
Ферми запускает в Чакагском университете
первый атомный реактор
Сиборг с сотрудниками получают обл)^ением
альфа-частицами урана-238 и ш1утония-239
соответственно америций-241 и кюрий-242
16 июля 1945 г. на опытном полигоне близ
Лос-Аламоса (США) взорвана первая атомная
бомба. Немногим менее месяца спустя
взрывами атомных бомб разрушены города
Хиросима и Нагасаки, что не вызывалось военной
необходимостью. При этих налетах погибло
около 170 тысяч человек и примерно
столько же получило тяжелые ранения
Марийский с сотрудниками среди продуктов
распада урана находят изотоп элемента N** 61 и
предлагают для него название "прометей"
Сиборг с сотрудниками получают берклий-243
путем бомбардировки америция-241
альфа-частицами
Сиборг с сотрудниками получают калифор-
ний-245 путем бомбардировки кюрия-242
альфа-частицами
Создание кислородно-конверторного процесса
производства стали
Эйнштейний и фермий в виде изотопов эйн-
Ш1ейний-253 и фермий-255 обнаружены в
пыли взрьша первой американской водородной
бомбы. Об открытии этих элементов было
сообщено лишь в 1955 г.
Банди, Холл, Стронг и Вентдорф синтезируют
алмазную модификацию углерода при
давлении 100 тыс. ат и температуре ЗООО^С.
Независимо от них таких же результатов добиваются
группы советских и шведских исследователей
Гиорсо с сотрудниками получают менделевий
в виде изотопа с атомной массой 256 путем
бомбардировки зйнштейния-253
альфа-частицами
Три группы исследователей (Фцлдз с
сотрудниками в Стокгольме, Флеров с сотрудниками
в Москве и Гиорсо с сотрудниками в Беркли)
пытаются получить элемент №* 102. Флерову
удается найти первые атомы изотопа с атомной
массой 252
Гиорсо с сотрудниками считают, что им
удалось получить лоуренсий-257 путем
бомбардировки изотопов калифорния ядрами атомов
бора-10и бора-11
216

1961 г. и далее
Нобелий
1962 г.
Валентные соединения
инертных газов
1963 г.
Нобелий
1964 г.
Курчатовий
1967-1970 гг.
Элемент №• 105
(Нильсборий)
1969-1970 гг.
Элемент №• 105
1970 г.
Антигелий-3
1971 г.
Элементы с зарядом ядра
более 110
Флеров с сотрудниками систематическими
опытами в Дубне подтверждают получение
ими элемента №* 102 и находят пять его
изотопов
Бартлет синтезирует фторплатинат ксенона
Хе [PtCl 6 ] л (1 '^^ <2), что впервые доказало
сзш<ествование соединений инертных газов.
Хоппе с сотрудниками в том же году получают
при реакции ксенона с. фтором с помощью
электрических разрядов фторид ксенона XeF 2,
а Клаассен с сотрудниками получают из этих
элементов под давлением тетрафторид
ксенона XeF 4
В результате безупречного синтеза и
идентификации элемента N** 102 в виде изотопа с
атомной массой 256 группа Флерова
окончательно подтверждает свой приоритет в
открытии предпоследнего актиноида
Флеров с сотрудниками синтезируют атомы
элемента N** 104 в виде изотопа курчатовий-
260 путем бомбардировки плутония-242
ядрами неона-22
Флеров с сотрудниками в 1967 г.,
бомбардируя америций-243 ядрами неона-22, получают
указания на существование атомов элемента
№* 105. В последующие годы эти результаты
подтверждаются и в 1970 г. группа сообщает
об окончательном открытии элемента №* 105
Гиорсо с сотрудниками при бомбардировке
калифорния-249 ядрами азота-15 тоже
синтезируют элемент N** 105. О своем открытии
они сообщают в конце апреля 1970 г. в
Вашингтоне. Звара с сотрудниками (Дубна)
доказывают, что элемент N** 105 принадлежит к
пятой дополнительной группе периодической
системы
Группа советских физиков-атомщиков из 20
человек получает в Серпухове первые пять
ядер антигелия-3, состоящих из двух протонов
и одного нейтрона. Это достигается при
бомбардировке алюминиевой мишени протонами
с энергией 70 ГзВ. Открытие антигелия-3 —
важный шаг в создании периодической
системы антиэлементов
Бхандари с сотрудниками (Бомбей, Индия),
анализируя различные метеориты и пробы
лунного грунта, приходят к выводу, что в этих
217

1971 г.
1972 г.
Гелий-8
1974 г.
Элемент N** 106
1974 г.
Антитритий
1975 г.
Древний гелий
1975- 1976 гг.
Элементе* 107
материалах должны присутствовать
трансактиноиды с зарядом ядра более 110
Впервые в истории атомной физики в Дубне
удается разогнать ионы ксенона до высоких
энергий (850 МзВ). Одновременно начаты
опыты по синтезу атомов дальних
трансактиноидов
Грзоша советских физиков открывает в
Серпухове изотоп гелия с атомной массой 8
Группа Флерова и Оганесяна синтезирует
атомы элемента №* 106, бомбардируя свинцовую
мишень ионами хрома с высокой энергией.
Гиорсо, Сиборг и др. получают элемент №* 106
бомбардировкой калифорния-249 ионами кис-
лорода-18; изотоп элемента №* 106 имеет
атомную массу 263
В Серпухове получены первые атомы анхитрития
^Н, что является еще одним доказательством
существования антиматерии
Группа ленинградских физиков открывает
в продуктах вулканической деятельности ге-
лий-3, который образовался 4,5 миллиарда лет
назад, т.е. одновременно с Землей
Исследовательская группа Флерова,
бомбардируя висмутовую мишень ионами хрома с
высокой энергией, получает атомы элемента
№* 107 с атомной массой 261. 20 % атомов
делятся самопроизвольно (с периодом
полураспада 2 миллисекунды), а 80 %
распадаются с выделением альфа-частища и
образованием элемента N** 105 с атомной массой 257

СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие к первому немецкому изданию ^
ИСТОРИЯ БЕЗ ГЕРОЕВ 6
Прогнозы и история 6
"Кирпичики" или "строительные материалы"? 7
"Индивидуумы*' в химии и обществе 8
Взгляд в космос 8
У ИСТОКОВ КУЛЬТУРЫ 10
"Старые добрые времена'*? 10
Поэзия несет информацию 11
Божественный кузнец 12
В стороне от общества 13
Кто же был первым? 13
Неизвестные помощники 14
Лучший приходит последним 15
Металлургия и география 16
Священное число 17
Жрецы и "быдло" 17
СИМВОЛ ВЕКА (бронза, олово, медь) 19
Что случилось в бронзовом веке? 19
Твердые растворы, колокола и пушки 20
Трудности с оловом 21
Медь - металл электротехники 23
ПРИДУМАННЫЙ МИР 25
Из чего состоит мир? 25
Мудрецы и элементы 25
Ничто как критерий 26
Пустота и неделимое 27
Свойства и противоположности 28
Хватило на двадцать веков 29
ЗОЛОТО - МЕЧТЫ И ДЕЙСТВИТЕЛЬНОСТЬ 30
Металл царей 30
Мошенники, маги, лаборанты 33
"Герметическая свадьба" 34
Алхимик, даешь лекарства! 37
Металл Меркурия 38
'*Царь" металлов 39
"УДИВИТЕЛЬНОЕ ВЕЩЕСТВО" И ЕГО РОДСТВЕННИКИ 41
Таинственный свет 41
Известный родственник или 'Триумфальная колесница антимония" 43
Яд Борджиа 45
Доза решает все 46
Знакомьтесь' висмут 46
"Двойная жизнь" элементов 46
В круговороте жизни 49
Огонь в кармане ^0
ЭЛЕМЕНТ С ТЫСЯЧЬЮ ЛИЦ 52
Его узнали позже 52
Уголь бывает разный 53
Что такое уголь? 54
Больше четырех миллионов соединений! 55
'"Металлический" углерод и производство сажи 58
Алмазы из-под пресса? 59
ЭЛЕМЕНТ, КОТОРОГО НЕТ 62
Что же такое элемент? 62
^Испытание огнем" • 64
219

Ошибка в решении ^^
Поворотный пункт химии б'7
РАЗГАДАННЫЙ ХАОС (водород, кислород и азот) 72
Из жизни газов 72
Водород - чистейший флогистон 74
Водород разных "сортов"* 75
Кислород - дефлогистированный воздух 77
Азот - "удушливый воздух" 80
Для жизни нужны оба 81
МЕТАЛЛЫ. КОТОРЫЕ ОТКРЫЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК 82
Левый фланг периодической системы 82
Не хватило четырех процентов (литий) 86
Различия и сходство 87
У ИСТОКОВ СОЛЕЙ (ГАЛОГЕНЫ) 89
О "кислых" окислах 89
Об "окиси мзфия" и "дефлогистированной соляной кислоте" 90
Околы1ЫЙ путь через водоросли (йод) 92
Третий в компании (бром) 93
"Радикал" плавиковой кислоты (фтор) 94
Как используют галогены 96
ПОРЯДОК В ДОМЕ (периодическая система злементов) 97
Два исследователя и их системы 97
Предшественники 101
Первые испытания на надежность 102
Немного физики: атомные основы периодической системы 102
Пределы системы? 104
О ДРАГОЦЕННОСТЯХ КОРОНЫ, ИЗУМРУДАХ И ОДНОМ ЭКА-ЭЛЕМЕНТЕ
(алюминий, бериллий и галлий) Х.05
"Серебро из глины" (алюминий) 105
Изумруды, аквамарины и ... ядерные реакторы (бериллий) 108
Годовое производство 90 кг (галлий) 112
Эка-олюминиЙ 113
Галлий - металл с большим будущим? 113
ПРИКЛЮЧЕНИЯ ПЕСКА (кремний, бор, титан, цирконий, гафний) 114
**Фторокремневый газ" и кремень 114
Аль-кайя, радикал боре или бораш1ум (бор) 117
Первые дети Земли (титан) 119
Всегда вместе ( цирконий и гафний) 122
ПО СЛЕДУ СВЕТА (рубидий, цезий, индий, таллий) 124
"Внешние" спектры атомов 124
Бунзен-**Кирхгоф = цезий-**рубидий 125
Немного позже - таллий и индий 127
Редкие металлы? 128
СПРЯТАННЫЕ В РУДАХ (сера, селен, теллур) 130
Минералов больше, чем пород 130
История одной кислоты 131
Элементы-братья селен и теллур 133
Ценные побочные продукты 135
В ТЕНИ ВЕЛИКАНОВ (германий, цинк, кадмий и свинец) 136
Проверка периодического закона (германий) 136
Восьмой металл (цинк) 138
Плюмбум нигрум - обычный свинец 140
Кадмий открыли в мышьяке 141
В тени великанов? 142
СТОЛПЫ ЦИВИЛИЗАЦИИ (железо, кобальт, никель) 142
Оранный танец мапштной стрелки 142
220

трудности надо преодолевать 144
О горных духах и пушках (кобальт) 147
Никель - только ли ругательство? 149
О ТЯЖЕЛЫХ РУДАХ И ВАЖНЫХ РЕДКОСТЯХ (хром, молибден, вольфрам.
марганец, рений) 150
Хром в "сибирском красном свинце" 150
Опыты с '^водяным свинцом" (молибедн) 152
Волки, пожирающие олово, и тяжелые камни (вольфрам) 153
Фальшивый магнит и минеральный хамелеон (марганец) 155
Последнее классическое открытие элемента (рений) 156
Не только для черной металлургии 157
МАЛОВАЖНЫЕ (ванадий, ниобий, тантал) 159
Элемент, открытый дважды (ванадий) 159
Греческая царская семья - Тантал, Пелопс и Ниобея 161
"Облагосаживатель" стали и два металла атомно-космической зры 163
'•МЕТАЛЛЫ РЕДКИХ ЗЕМЕЛЬ" 164
"Объявлены в розыск" 164
Открытие эка-бора (скандий) 166
**Родословное древо** группы 167
Второе рождение редкоземельных элементов 167
'•ПЛОХОНЬКОЕ СЕРЕБЮ" И ЕГО РОДСТВЕННИКИ (платановые металлы) 169
Три диады переполненной группы 169
Платина дешевле серебра? 171
Найдены четыре из пяти спутников 172
Младший в семье платины (рутений) 174
Не только для украшений 175
Скрытые силы 176
ПРОШЛОЕ И БУДУЩЕЕ СЕРЕБРА 178
В тени золота Ц^ 178
Серебро в мире 180
Во власц! техники 181
Как остановить мгновенье 183
ОПРОКИНУТЫЕ ДОГМЫ (инертные газы и их соединения) 184
Одна стодвадцатая доля воздуха 184
Триумф третьего знака после запятой (открытие аргона) 185
В спектре солнца (гелий) 186
Эка-элементы (Неон, криптон и ксенон) 187
Случайное открытие и его последствия (химические соединения инертных
газов) 188
НА ПОРОГЕ НОВОГО ВЕКА 192
Крестные отцы - Уран и Тор 192
Попались на излучении (полоний и радий) 194
Продукты распада - четыре металла и газ 197
Пробелы заполняются (технеций и прометий) 202
Хронологический обзор важнейших этапов знакомства человечества с
химическими элементами и их применения
205

Библиотечная серия
3. Энгельс, А. Новак
ПО СЛЕДАМ ЭЛЕМЕНТОВ
Редактор СИ. Венецкий
Художественный редактор Ю.Й, Смурыгин
Технический редактор Е.К. Астафьева
Корректоры ИЛ Король, Н.И. Шефтелъ, B.C. Колганова
Художнике. Тогобицкий
ИБ № 2367
Подписано в печать 22.09.83. Формат бумаги 60X90 1/16 Бумага офсетная № 1
Печать офсетная Печд. 14,0 Кр.-отт. 28,75 Уч-издд. 17,01
Т^раж 30000 экз. Заказ 14052 Цена 1р. 50 к. Изд. №0761
Набрано в издательс1ве "Металлургая"
на электронном композере ИБМ 82 операторами О.Н, Свиненковой,
Г.В. Красюк
Ордена Трудового Красного Знамени
издательство "Металлургия", 119034, Москва, Г-34
241 Обыденский пер., д. 14
Типография издательства "Калининградская правда",
236000, г. Калининград (обл.),
ул. Карла Маркса, 18

УВАЖАЕМЫЕ ЧИТАТЕЛИ!
Предлагаем Вашему вниманию научно-популярные издания из
тематаческого плана издательства "Металлурпш" на 1984 год.
БЕККЕРТ М, Железо. Факты и легенды: Пер. с нем. - 15 л. Пер.
изд.: ГДР, 1981. 2 р. 30 к.
В книге популярно и занимательно рассказывается о железе —
фундаменте современной цивилизации. Настоящее и буцут&&
ядерной знерпш, освоение космоса, химической технологии,
злектроники возможны только при использовании зтого
замечательного металла. Позтому "век железа", насчитывающий
немногим более 3,5 тысяч лет, еще не закончился, напротив, он лишь в
расцвете своих могучих сил.
Для широкого крута читателей.
НАУМОВ Л.С, СОБОЛЕВ Л.Д. На орбите кокса (рассказы о
коксохимии). — 6 л. 50 к.
В популярной форме изложены история, настоящее и будущее
коксохимической промышленности. Рассказано об основных
профессиях современного коксохимического производства, о
широком ассортименте продуктов коксования и областях их
применения в народном хозяйстве.
Для широкого круга читателей.
ЛЕБЕДЕВ Ю.А. Второе дыхание марафонца (о свинце) ^ГО л.
1 р.
Интересно и занимательно рассказано в книге о "марафонце"
технического прогресса - свинце, о его открытии, роли в
строительстве, торговле, военном деле, расширении традиционных
областей применения зтого металла и перспективах его
использования, об экологических проблемах, связанных с применением его
соединений.
Для широкого круга читателей.
223

КАЗАКОВ Б.И. Сеталл из Атлантиды (о цинке). — 6 л. 90 к.
Цинк — металл, ньгае прочно занявший свое место в
современных науке, технике, быту. Об истории его открытия, о все более
расширяющихся сферах его применения популярно на основе
новейших научных данных рассказано в зтой книге.
Для широкого круга читателей.
ЮЗЕН Б.Я. Солерник серебра. - 5 л. 70 к.
В популярной форме автор знакомит с очень древним
металлом — оловом, который используют во многих отраслях
народного хозяйства. Об истории открытия олова, о свойствах зтого
металла и его соединений, о современных способах получения
олова занимательно рассказано в зтой книге.
Для широкого круга читателей.
Заказы на книги направляйте по адресу: 119857, Москва, 2-й
Обьвденский пер., д. 14. Издательство "Металлургия", отдел
распространения.