ПУТЕШЕ(Т13ИЕ
!

fTFЛHY
�J\EMEHTO�

..
...
�
.:.

54

Т!,90

Авторы: Л. Бобров, В. Василевский, Л. Власов, Э. Дра­
гунов, К. Капустинская, В. Карелин, Г. Лощилов,
А. Макареня, Юл. Медведев, Ю. Ро.маньков, Т. Сенченrсова, А. Сенченков, Д. Трифонов
Составители

ОТ

Л. Власов и Д. Трифонов

СОСТАВИТЕЛЕЙ

Эта книга не учебник и тем более не химическая
энциклопедия. Чтобы рассказать обо всех элементах
периодической системы, даже останавливаясь лишь на
их наиболее характерных чертах, потребовались бы це­
лые
тома.
Поэтому
маршрут
нашего
путешествия
в Страну элементов проходит через ее главные «досто­
примечательности».
Читатель
познакомится
с
теми
химическими элементами, которые составляют основное
содержание неорганической химии и находят особенно
большое применение в разных областях человеческой
деятельности.
Комсомол - заботливый

и

требовательный

ше ф

большой химии - объявил Всесоюзный поход за зна­
ния. Если «Путешествие в Страну элементов» в какой­
то мере пригодится в этом пути - значит книга вы­
полнила свою задачу.

ScanAAW

Художник

Б. Алилюв

1

П УТ И
НЕОР Г АНИЧЕ СНОI

химии

Сто с небольшим х и мических элементов входя т в перечень
«строительных деталей» , из которых воздвиг себя м и р , живо й
и неживой.
Нам повезл о : З емля н е обдел е н а . В доступной для н а ­
блюдения ч а сти вселенной н е обнаружено н и одног о э л е м е нта,
к акого нет в н ашем р аспоряжении.
З емной ш а р - своего р од а и сполинская х и м и ч е ская л а бо­
р атория, действующая вот уже довольно п р одол ж и тельное
время . В нем возникали условия для п р отекания всевозмож­
ных р е а кций. Нужны были высокие давления - пожал уйста :
в недр а х в еществ о сжи м алось с силой в сотни тыся ч , даж е
в миллионы атмосфе р . Темпер атур ы ? Ш а р кипел и бурлил
огненным месив о м . В р е м я ? С колько угодно - д н и , тыся челе­
тия, сотни миллионов л ет. П р ирода н е счита ется с затр атами.
В р езультате з а пута н ных, бесконечных х и м и ческих пер­
тур баций и сфор м и р о в ал ась (да и сейчас потихоньку п р одол­
жает формиров аться ) н а ш а пл а нета.
Кто-то своими руками сотв орил огонь. Кто-то и з жесткой,
грубой шкуры убитого зверя выдел ал кожу. Кому-то п о с ч а ст­
ливилось из руды получить железо. Человек искал впотьм ах,
н а ощупь и н атыкал ся и н о й р а з н а такие крупные удач и .
Это было з а гадо чно, необыкновен н о , и потому и с кусств о со­
вершать какие бы то ни было х и м и ческие п ревр ащения дол­
гое время считалось св ящен н ы м . Оно попало в руки жре цов.
Из стр а н В остока на з а р е на шей э р ы достижения пр и­
к л адной химии п ер енеслись в Грецию. Е й н а следовал Рим.
А к огда одряхлев ш а я и м пер и я р а бовл адельцев р ухнул а , ли­
дерство в наука х и рем еслах перешло к а р а б а м . П р икладное
и м и стическое начал а своеобр азно переплелись в деятельно-

3

сти а р а б ских х и м иков. С ф а н ат и ч н ы м упор ством тр удил ись
они н ад т е м , ч тобы составить р ецепт получения золота из
других м еталлов, а также эликси р а п р оти в всех болезней и
даже с а м о й смерти. С о единяя р аз л ичные вещест в а , алхим ики
( « а л » - приставка а р а б ского происхождения ) «между де­
л о м » синтези р о в а л и многие п р а ктически ценные соединения .
Н о хотя с помощью черной м а ги и в с о а в торы привлекали сь
всевозм ожные духи , гл авной цели своих трудов они не достигл и.
Е в р опейские п реемники ар а бских м а гов на пр отяжении
нескольких столетий - X I 1-XV в е ков - чадили и колдов али
в своих тщательно з а секр еченных л а бор аториях, составляли
умопомр а чительные р ецепты «философского к а м н я » , моро­
чили головы кор онованных невежд и, случ алось, уличенные
в н адув ательстве, кон ч а л и свои дни на в иселице.
Все это наукой и не п ахло. Алхимия скорее был а нелепо
п ост ав ленной и витиевато з а ш и ф р ованной, слепой и с п оты­
кающейся п р и кл адной химией.
Люди уже знали м ножество х и м и ческих соединений. Они
освоили производство стекл а , применяли порох, чеканили мо­
нету и отл и вали бронзовых богов, ковали великолепные кл ин­
ки и получ али к р а с к и, сохр анявшие свежесть вопр еки стара­
ниям всеразруш ающего вр емени .
Пр икладная химия был а уже немол одой и многоопытной,
за ее пл ечами тянул ась дл инная вереница веков, когда р оди­
лась н аука химия. Это случилось удивительно недавно - ка­
кие-ни будь две с половиной сотни л ет н а зад.
В XVII в еке природу уже изучают ботаника , зоологи я , ми­
нер алогия . С н а ч а л а исследов атели огр а н и ч и в а л ись лишь «ин­
вентариза цией» окружающего мир а . О н и составляли списки
всего, чем он богат. Сл едующий ш а г - попытки р азобраться
в обширных н а блюдениях, сдел ать об общени я , перейти от ин­
дивида к виду.
Т а кой же путь п р едстоял и х и м ии. Но если сороконожку,
антилопу гну, одув анчик, полевой шпат п р и р ода дем онстри­
рует «В ч и стом в иде», то химические и нд ивиды, как правило,
з а м а скированы ею в более или м енее сложных обличьях.
Н адо было научиться изв лекать их. «Нужные и в химиче­
ски х труд а х употр ебительные н а тур альные м а тер и и спе р в а
с о в с я к и м стар анием вычистить, ч т о б ы в н и х никакого п о ­
стороннего п р и месу не б ы л о , от котор ого в других действиях
о б м а н быть может», - наставлял х и м и к а Михайло Ло моно4

сов, в ел и ч а йший о с новоположник н аучной х и м и и , автор пер­
вого, отпр а в ного ее закона - закона сохр анения в еществ а .
Р а зделять - в о т гл авное устр емление химиков XVI I I ве­
ка ; определять вес и меру - вот гл авные с р едств а для до­
стижения этой цел и. « П р и род а даже через поср едство людей
никогда н е производит соединения и н ач е , к а к с в е с а м и в ру­
ках - по весу и по м ер е ! » - воскл ицал ф р а нцузский химик
Л. Пруст. Эпоха г а д а н и й и домыслов отошл а в прошлое,
уступив место эпохе уверенной, цел е н а правл енной, н а п р я ж е н ­
л або­
химическую
Весы, внесенные в
ной р а боты.
р атор ию, изгн али из нее теорию флогистона и ряд дру­
гих допуще н и й , опровергнутых измерения м и .
Однако опыты способны не тол ько нис провергать старое
и открывать новое, но и пор ождать беспощадно сложные в о­
просы. l\ак доказать, что в пробирке х имич еский индив ид,
а не группа их? Что п р едставляют собой однородные тел а ,
которых т а к м ного в п р и роде, - х и м и ч еские соеди нения или
просто см еси ?
Усилия вел и к и х умов были сконцентри р о в а н ы н а р ешени и
задачек из учебника для н а ч альной школ ы , составлен н ого
строги м учителем - пр и р одой. В ходе решения х и м и к и з н а ­
комились с ч л е н а м и скрытной с е м ь и элементов, в с я к и й р а з
добив аясь этой чести н аблюдательностью, терпением и остро­
умием э кспер и м ен т а . То был а б у р н а я , весенняя п о р а метода
химического а н а л и з а . О н помогал опознавать х и м и ч еские ин­
дивиды , давать и м точные количественные х а р а ктеристи ки.
В н овь посл е пр одолжительного перер ы в а н а у к а вернул ась
к вопр осу, живо обсуждавшемуся филосо ф а м и а нтичности:
что представляет собой веществ о? Теперь, в X I X в е ке, на этот
философский и естеств е ннона учный вопрос должны бы ли
дать ответ естествоиспытател и , твор цы м ол одой н еор г а ниче­
ской х и м и и . Пр авда, е го уже в XVI I I веке дал Ломоносов
в своей корпускулярной теории. Но отсутств и е н е о бходи м ых
точных данных о кол и ч ественном составе сложных в еществ
не позволяло в его время проверить гени альные п р едположе­
ния ученого. Теперь эти д а н н ы е был и .
Точ но сл авный богатырь Илья Мур омец, с т а в ш и й н а ноги
в «тр идцать лет и три года», химия наверстывал а свой затя­
нувшийся мл аденчес к и й и алхимический период бур н ы м и тем­
пам и , сказоч ными дея н и я м и . Она вскр ы в а л а гар монию в го­
лов оломном хаосе
р а знообр азия, сотворенного п р и р одой.
5

Группи р уя немые и слепые ф акты, устр а и в ая «очные ставки »
между н и м и , уста навливая причинные связи между явления­
ми, н е о р г а ни ч еская химия з а ставляла мертвую м атерию вы­
б а лтьщать стр ожайшие секр еты мирозд а н и я , откр ы в а л а по­
истине фунд а м ентальные з а коны природ ы . С р еди них я р ч а й ­
шее п роявление н а учной прозорливости - периодический з а ­
к о н , периодичесr<ая система элементов Д. И Мендел еев а . Н а
этих з а конах п р и р оды воздвигал ась м огуч а я , безгр ан ичных
возможностей наука.
В з н ачител ьной мере именно она , неорга ническая химия,
ф ор м ировал а убеждение в мате р и а льности и позн а в а емости
мир а , опрокиды в а л а одно за други м вздор ные, трусливые
басни о н еис поведимой деятельности н екоего всевышнего
твор ц а . Неорганика становил ась ф а кто р о м , определяющим
духовный и м а тер и ально-технический облик эпохи, непремен­
ным элементом з н аний к а ждого культур ного ч еловека.
Неорганика неотступно двигал а сь впер ед. Для дальней­
шего, более полного и р аз ностороннего познания естества,
уст ановления новых з а к о номер ностей х и м и я вынужден а была
обр атиться к физи чески м м етода м исследо в а н ия .
«Хи м и к, н е являющийся в то же в р е м я физиком, пр ед­
ставляет собой ничто» , - з аявил Бунзен, один из авторов
спосо б а спектр ального а н а л и з а .
В сер ед и н е X I X в е к а от неорган ической химии, проявляю­
щей р авный интерес ко всем «кирпичикам мироздания», от­
почковал ась химия органическая , избр а в ш а я своим объектом
соеди нения одного элем ента - углерода .
Н а шу З емлю м ожно назв ать п л а нетой торжествующего
угл ер од а . Ни один элемент не «создал» столько соединений
н а земном ш аре, сколько углерод. Соеди нения углерода счи­
таются носител я м и жизн и ; все остальные в еществ а, хотя и
изменяются со временем, р асс матриваются как представите­
ли м ерт вого м и р а - так они мало подвижны, когда предо­
ст авлены с а ми м себе.
О р г анический мир, живой мир, м ир р а стительных и жи­
вотных пр одуктов не мог н е вызв ать к себе жгучего интереса
х и м и ков. И х з ахватывало безудержно е р а з нообр азие этого
м ир а , их м а н ил а трудность получения органических соедине­
ни й и скусственным путем .
В тор ая половина пр ошлого стол етия оз н а меновал ась се­
ри е й бл е с тящих достижений ор ган ического синтеза. Как бы
6

во с крешая трупы р астений и ж ивотных д а лекого прошлого,
возвр ащая к жизни их энергию, краски, а р о м ат, цел е б н ы е
свойства , о р г а н и к и синтезировали искусств е н н ы е органи ч е ­
с1ше красители , ценн ы е лекарств а , р азнообр а з н ы е душисты е
веществ а . Они п р и готовили безды м ный порох, и с кусств е н н ый
шелк, целлулоид, высококал орийные виды топлив а .
В середине XI X века н а фоне пышного р асцвета ор г а н и ­
ческой химии неорrаника каза лась многим отцв етш и м , на­
всегд а переставшим плодо носить дер евом з н а н и й . Е е фунда­
ментальные закон ы , кл а ссические схемы технол о г и ч еских
процессов вошли в учебники, стали прописн ы м и ш кольными
исти н а м и .
Подобные периоды в р е м енного затишья, неустойчивого п о ­
к оя проходит в с в о е м развитии каждая н а у к а . С о в с е м недав­
но, например, «воскр есл а» др евняя акусти к а . Е е уже списа л и
было в историко - н ауч н ы й архив, как «вдруг» в н ашу жизн ь
ворвались ультр азвуки, нашли применение и н ф р азвуки . . .
Пр едстояло сказ ать новое слово и неор г а н и к е .
О н а сказ ала э т о н о в о е с л о в о , и ему с бла год а р н о стью
вн емлют с а м ы е передовые, самые р о м а нтические отр яды
науки и техники н а ш и х дней.
В новой Прогр а м м е Коммунистической п а р т и и Советского
Союза з а п и с а н о : « . . . совершенствов а ние существующих и из ы­
с ка н и е новых, более эфф ективных м етодов р аз в едки п олез ­
ных ископаемых и комплексного использо в а н и я п р и р одны х
бога ТСТВ » .
Каждый читает по-своему. Геологи встрепенул ись, встре ­
тив слово « р а зведк а » , х и м и к а м бросилось в гл а з а «комплекс­
ное использова н и е» .
. . . Н а столы х и м и ч еских л а бор атор и й без конца п р и б ы ваю т
каменные посылки постоянного коррес пондента - природы.
Надо быстро «вскр ыть» и точно опр еделить их содер ж и м ое.
С этого н а ч и н а ется служ б а неор г а н и ч еской х и м и и . Над о
пол но и безошибочно ответить н а вопр о с : «Ч то т а м ? » В едь ре­
шается судьба горы, присл а вшей «посылку», и х а р а ктер про­
мышленности, котор о й п р едстоит эту гору «п ерев арив ать», и
будущее к р а я , где н а йден о новое место рожде н и е . Казалось
бы, что тут сложного? Р аз элементы откр ыты, их соединени я
большей ч а стью известны. И все же з а д а ч а эта н е всегда ре­
шается просто. Н а п р и м ер , особого внима ния к себе тр ебую т
7

металлы платиновой группы, р едкоземе льные «близнецы», се­
л ен , теллур и некотор ы е др угие. Они з аста вляют а налитиков
изрядно покопаться в сырье.
Н о вот содержимое «посылки» р азложено по ПОJ1о чка м .
Д а н а х а р а ктеристика сыр ью « п о в алу» и « п о номенкл атур е»
и м еющихся в нем химических элементов. Н адо дал ее ука­
з ать, в к а кой форме, в каком содружестве ка ждый элемент
п р и сутствует в сырье. Это помогает р ешить вопрос, выгодно
ли з а н и м аться об огащением р уды. Н ед а р о м х и м ический а н а ­
л и з , готовящий ответы на такие в о п р о с ы , н а з ы в а ется « р а цио­
нальным».
С кр упулезно и з у ч а я свойства «кирпи чиков м и роздания»,
наука давно пришл а r< з аклю чению, что бесполезных среди
них нет. Пр актика подтв ержд а ет этот вывод: все м еньше пред­
ст авител е й таблицы Мендел еева ожидают получения р аботы
за ворота м и п р оизводств а .
Комплексное использов ание п р и родных бог атств, как
пр авило, з ада ч а и сключительно сл ож н а я . Для ее р ешения
обычно требуется немало вр емени и консолидация сил
н а учно-исследовательских и проектных организ аций.
История освоения а п атита-нефел иновой «шкатулки», при­
п р ятанной п р и р одо й н а Кольском полуостр ове, н ачал ась более
тр ех десятков лет н а з ад, а не закончилась и поныне. «lli1<а­
тул ку» н а шл и в Хибинах академик А . Е. Ф ер с м а н и А Н . Л а­
бу нцо в. Это крупнейшее м есторождение было роскошным
пода р к о м н ауки народному хозяйству ю но й р еспублики.
В н а ч а л е добываемая здесь порода пр оходил а сравнител ь­
но кор откий путь пер ер аботки : ее обогащали и выделяли
а п а т итовы й концентр ат. Полупродукт поступ ал на предпр ия­
тия, гд е по способу, р аз р а ботанному п од руководств ом аI< а ­
дем и к а С . И. В ольфков и ч а , и з н его изготовляли у доб рения супер фосфат, а м мофос, пр еципитат.
Это было большим событием в экономической ж изни
страны.
Н о р ад ость победы х и м и r< а м отравлял с а м виновник тор­
жеств а - хибинский м и н е р а л . Они-то знал и , что в нем пря ­
чется цел ый н а бор элементов и их соединени й , ч т о каждое и з
этих в еществ требуется и л и в б л и ж а йшее в р е м я ст а нет
остро необходи мы м н а родному хозяйству.
С а м а я яркая стр аница в эпопее освоения этого иско пае­
мо го богатств а связ а н а с получением алю м и н ия . П р и пере8

р а б отке п ороды выдел ялся в ф орме концентр атов нефел ин.
содер жал
сложное
соединение Na20 . Al203 . 2Si02,
Он
Алю м и н и й и щелочь - в отходах! П ри м и р иться с этим дей­
ствительно было трудно. Н о р а з р а ботать технологию нового
п р оцесса каз алось еще труднее. Как и всякая сл ожная з ад а ­
ча, эта породил а и энтуз и а стов и скептиков. Спор между
ню11и з а к о н ч ился в посл е в о енное в р е м я . В И н ституте пр икл ад­
ной химии был р аз р а бот а н , а на Волховс1<0м а л ю миниевом
з а воде вн едр ен способ п р о мышленного получ е н и я щелочей и
цемента из недавних отходов «крыл атого металл а». Как из­
вестно, р уководител ь этой р а боты Д Л . Т а л муд был удосто­
ен Ленин ской преми и .
Н о , к а к м ы уже с к аза л и , «ш катулка» еще н е исчер п а н а до
дн а . Алюминию в нефелине сопутствуют галлий и не кото рые
други е р едкие элементы. В о з м ожности з а манчивые.
Подо бными «шкатул к а м и» при рода щедро ода р и л а н а ши
н едр а . Под боком у бур ного Каспия лежит отделе н н ы й от
него дл инной песч а н ой косой тихий залив К а р а - Б огаз- Гол.
В е к а м и вли в а л о море в эту плоскую тарелку свою густо-соле­
ную воду. Южн ое сол нце выпивало вл агу, а соль ост а в а л а сь.
Это соль земл и , собир а ем а я р е к а м и , как д ан ь , с террито­
р ий, по котор ым о н и п р отекают. Какие толы<о породы не
встречают на своем пути в ечные стр а н н и цы! И повсюду
бегущий поток вымыв а ет р а створимые х имич е ские соеди­
нения.
С в о ю добы ч у р еки отдают морю. Не удивит· е л ьно, что
в его водах собир аются ч уть ли не все эле менты т а блицы
Менделеев а . К а р а - Б огаз-Гол - м есто, где похищенные р ек а ­
ми богатств а море в о з в р а щ а ет суше. Но е с л и в земле эти
вещества р а ссеяны н а необозримых простор ах, здесь они к ак
н а складе. К ар а - Богаз готов отпустить потр ебителю несмет­
ные колич еств а н а т р и я, м аг н и я , к а л и я , к�льция в р азличных
соеди нения х . Пол агают, что п р и заводской п ер ер а ботке солей
и р а п ы з а л и в а могут быть л егко получены и т а к и е л а к омые
для новейшей техники эл ементы, к а к литий, бор , а та кже
б р о м , йод и другие. А для особо усердных искател е й др е в н и й
К а р а -Богаз б ер ежет н а с в о е м д н е д а ж е бл агородн ые м етал­
л ы - золото и сер е б р о .
П о к а э т а жив а я т а бл и ц а Менделеева - в основном л и ш ь
потенци а ль ное м естор ождение.
К ара -Богаз ждет своего ч а с а . Ждет тех, чью волю и энер9

гию он пр ославит, р а скрыв н а родному
хозяйству стра н ы свои исто ми в шиеся
со к р о в и щ а .
Д а и не только Кар а -Богаз. В п р и ­
ка с пи й ски х степях, в З а падной и В о ­
сточной С и б и р и , на С еверном К а в к а ­
зе и в Ср едне й Ази и , в Крыму и в З а кар п атье белеют блюдца соляных
отложений, с в ер к а ю т сол яные озер а - м ал ы е и большие
ка р а - богазы, скопившие впрок ценное сырье .
. . . Подобно чудаковатому гол л а ндцу А нтони Л евенгу1<у,
кото рый свои з а м еча тельно отпол и р о в а н н ы е л и нзы н а цел и­
вал на с а м ы е неожид а н н ы е п р ед м еты - вплоть до мушиных
м озгов - и откр ы в ал цел ы е м и р ы н еведомых пр ежде м икро­
скопических существ, химики, овл адев метод а м и а н а л и з а , ор­
ганизовали « погоню» з а микроскопическими вкраплениями
трудно изл овимых эл ем ентов. О н и а н ализиров али д а ж е то,
что л и б о вовсе не считалось с ырьем, л и бо уж е пер естало и м
быть. О н и соскр ебали ч ер ную копоть с з а в одских т р у б , б р а л и
п ро бы сточ ных вод, ш л и на с в а л к и п р о м ы шленных отбросов.
И де л ал и удивительные н аходки . Отв а л ы пустой породы, ока­
залось, могут пр етендов ать на роль м естор ожде н и й . А дымы,
ч т о коптят небо и л егкие ч ел овека , вылетают в т р у б у вместе
с р азными цен ными эл ементами, к ч ислу которых, в ч а стно­
с ти, относится «король полупр оводников» гер м а н и й .
Б у р о в ы е воды - спутники « ч е рного золота» н а нефтяных
м естор ождени ях. С путн и ки докучливые. И вдруг оказыва ет­
ся, ч то воды эти - тоже «золотые». В них р а створены бор,
10

бром, йод , сода и
други е в еществ а . Вот
ме­
та к новость
сторождение в ме­
стор ождени и!
Если б эл ементы
обрели д а р речи, то
в их офици альном
и менуемо м
доме,
таблицей Менделе­
ева , можно было б ы
немало
услышать
л ю бопытного. Гр уп­
п а , носящая п ер ед
с воими ф а м илия м и
а р и стокр атичес к у ю
приставку
«дЕф и цитн ых» ,
обли ч а л а
бы всех и вся за не­
уважение к и х п е р ­
со н а м .
- Н а с - в отбросы! - н егодов а л и бы селен, золото, гер­
м а ний , олово и други е. - И только потому, что мы живем
в м ед ных колч еда н а х , а м едные кол ч ед а н ы , видите л и , пере­
р а б атывают н а сер ную кислоту. Какие же тогд а м ы дефи­
цитные, дорогостоящие, если к н а м такое отношение?
Цинк, галлий, индий, селен,
теллур , золото , сер е б р о , пл атино­
иды, мышьяк и другие з а я ви.ТJИ
бы п ротест по поводу того, что
извлекают
заводы
ур альски е
л ишь 1 0 процентов компонен тов,
входящих в состав м едно-колче­
данных р уд.
Но, может б ыть , потери неиз­
бежны? Может быть, для этой
«золотой рыбешки» «тр ал » созда­
в ать не стоит, т а к к а к он не бу­
дет достаточно эффективным ?
В самом деле, п р едставим се­
бе, что по чьему-то указанию
н

р ы б ы всех р ек , озер, морей и океанов поки нул и свои косяки
и бол ее или м енее р а вномерно р ас п ределились по всей вод­
ной тер р итории земного ш а р а . Согла ситесь, это был бы т р а ­
гический дл я мирового р ы боловного п р о м ы с л а порядок.
Сколько воды пришлось бы обшарить, чтоб в сетях было н а
ч то смотр еть ! Ан алогич ную неприятность доставляют не ко­
тор ы е элементы, р а ссея н ные в земной кор е и «вылавлив ае­
мые» в гомеопа тич еских доз а х .
И все же существуют п р о м ы ш л е н н ы е с п о с о б ы добывания
этих элементов. П р а в д а , они м енее эфф екти вны, чем те, к о­
торые под большим секр етом держит п р ирода.
Мы уже отмечали, что морская вода - у н и кальное место­
рождение. Кое- кто из отдыхающих, до пусти м , на Рижском
взморье был бы, возможно, польщен, уз н а в , что 1<уп а ется
в р астворе золота. По н екотор ым подсчет а м , количество жел ­
того металл а в Мир овом о к е а н е составляет примерно
7 ООО ООО ООО тонн ! Но на каждую тонну в оды приходитс я
л и ш ь пять тысячных гр а м м а зол о т а . Соврем енную технику
не вдохновляет перспектива обогащения человеч еств а путем
до бычи дра гоцен ного металла из м о р с кой воды. Есть опа­
сение, что т а к скорее р азоришься, чем ско.тrотишь капитал.
Хотя в ы сокоэффективные способы извлечения элем ентов , со­
держащихся даже в столь незн ачительных кон центр ациях,
есть. И м и владеюr, н а пример , некоторые морские организмы.
В сор евнов а н и и с п р и р одой химики одер жа л и и е щ е одер­
жат не одну бл естящую победу. Но, по-видимому, так и не
н астанет в р е м я , когда и м нечему будет учиться у своего ве­
ликого учител я . Уроки, преподноси м ы е п р и р одой, человек
усв а и в а ет твор чески. Он не копирует «технол огию» естествен­
ных п р оцессов , а р а з р а б атывает свою, иногд а менее, а порой
и более совершенную, чем та , что могла служить обр азцом.
П р и этом всегда руководствуется в пер вую очередь м а те­
р и ал ь н ы м и запр осами времени, требов а н и я м и экономюш. Что
к а с а ется неор ганической х и м и и нашей стр а н ы , то гр а ндиоз­
ные п л а н ы р азвити я н ар одного хозяйств а выдвигают п е р ед
ней в ка честве неотложной задачи изучение хи мических си­
стем и пр оцессов, которые лягут в основу более совершенной
технологи и. Т а кой технол огии, котор а я сдел ает возможн ы м
вчер а еще невозможное, выгодн ым - вчера е щ е невыгодное.
Эта технология сведет к ми н имуму обесценивание м а тер и и
и п р евр атит отходы в сырье.
12

К: особо ощути мым экономи ческим посл едствиям пр иводит
изменение технологии в п роизводстве с а м ы х « м а с с овых» по­
лупродуктов. Это «тр и кита» основной химии: серн а я ки сло­
т а , сода, минеральные удоб р е н и я .
К:огда мы хоти м подчеркнуть б езусл ов ную пе рво о ч ер ед­
ную и повседневную нео бходимо сть ка кого-л и б о пр одукт а
для пр омышл енности, то ср а в ниваем его с хл е б о м . Цемент хлеб стр оительств а . Металл - хлеб и ндустр и и .
Т а к в о т каждый и з н аз в а нных п р одуктов неор г а н ики тоже хл еб, и не одного, а огр ом ного количеств а производств.
Проходят год ы , мен яется облик, х а р актер п р о и зводствен­
ных процессов, новые м а т е риал ы з а воевы в аю т всеобщее
приз нание. А сер ная кислота, сода, минер альны е удобр ения
по-пр ежнему о ст аются повседн евно и во все больших кол и­
честв ах необходи м ы м и . И н и что, никакие з а м енители н е з а ­
м е н я т этих «фунд а м ентальных» соединений неор г а н и ч еской
химии. К: ним сми р енно обр ащается и всемогущий отп р ы с к
неорган ики - органич еская х и м и я . В едь без др ев ней H2S04
н евозможны ни нефтеперер а батывающа я пр ом ы шле н ность,
ни изготовление взрывчатых в еществ, л е к арств, кр асок, пл а ст­
масс. В сего н е п ер ечисл и ш ь . Считают, что у р овень произ вод­
ств а и потребления се р ной кислоты х ар актер изует уро вень
всей хими ческой п ромышле нности стр а н ы . А элемент, з а ­
н и м ающий 1 6-ю клетку т а б л и цы Мендел еев а , р а с с м а три в ает­
ся мировой экономикой в первую очер едь как сырье для по­
лучения серной кис л оты,
13

Но н а л и ч н ы е з а п асы эл ементарной сер ы дале1<0 не всюду
удовлетворяют нужды сер нокислотной промышленности. Не­
достающую серу извле1<ают из р а з л и ч ных, содержа щих этот
эл емент минералов. Пр и ч е м , как уже отмеч алось, не всегда
р а ционально. Сер н ая кислота выпускается в м иллионах тонн
и н икогда не з атов ари в ается. Н а п р оти в , с каждым годом про­
мы шленность т ребует ее все больше. В связи с этим обост­
р яется пробл е м а получения достаточного кол ич еств а серы .
Гл авный элемент сер нокислотного пр оизводства являет­
ся гл авным вр а гом че рной металлур ги и . Се ру изгоняют всеми
возможными ср едств а м и на всех стадиях м еталлургического
пер едел а железной руды .
Напри м ер , а гл о ф а б р и к а кр упного м еталлургич еского ком­
б и н а т а в среднем выпуска ет ежегодно в воздух такое I<оли­
чество сер нистого газа, котор ого хватило б ы для производ­
ств а н ескольких сотен тысяч тонн сер ной кислоты. Но агло­
мер ация - это лишь н ач а л о непри м ир и м о й бор ь б ы метал­
лур гов с в реднейшей прим есью, ухудш ающей свойс;тв а стали.
С е р а обильно удал яется с до м е н н ы м и ш л а к а м и . Чтобы вы­
вести этот элемент из металлич еской в а н н ы и пр очно связать
в соединение, которое не пустит сер у назад в жидкую сталь,
необходи мо сильно повыш ать темпер атуру п л а вки .
В о бщем воз л е черной м еталлур ги и серн окислотное пр о­
изводство может хо рошо пр окор мить ся. Н а р одное хозяйство
получит в р езульт ате многомиллионную экономию .
С ер оводо род - н ес ч а стье всего жи вого, что н аходится по­
близ ости от нефтепер ер а б атывающих з а в одов, которые исто­
ч а ют этот зловонный газ. В недалеком будущем и эти, вы­
р а жа ясь сл о в а м и К. Ма рк с а , «экскр ем енты пр омышленности»
войдут в число основных и сточников п роизводств а серной
кис.'lоты. В едь кол и чество выделяемого сер оводор ода чр езвы­
ч айно велико и будет возр а стать в м есте с р остом нефтепере­
р а б а тывающей пр омышл е нности .
Вто рой «КИТ» осн овной химии - сод а . Ста ри нные, тр ади­
ционные потр ебители этого полупродукта дел ают жизнь ч е­
J1ов ек а в буква льном с м ы сл е сл ова св етл ей и чище. И меется
виду стекл оварение и производство р азличных моющих
в
ср едств . Со вр еменем круг пот р е б ителей соды р а с ш ирился, и
теперь о н а , т а к же к а к и сер н а я кислота, выпускается еже­
годно в миллионах тонн. Если со д а бл агод аря выдающимся
щелочным свойств ам н а т р и я о бр ел а м и р овое п ри з н а н и е , то и
14

натрий к а к нигде бол ее уд ачно « н а ш ел себя» в этом соеди­
нении . В шутку можно ск а з ать, что элемент № 1 1 был
«создан», учитывая н еобходим о сть в соде.
Больное место содового прои зводства - отходы. Ежесу­
точно содовый з авод ср едней м ощности с б р асывает тысячи
кубо метров дистилл ер н о й жидкости .
С п одлинно х имической точки зр ения, отходов нет. Есть
сырье, не н а шедшее пока хозя и н а , или есть хозяин, н е у м е ю­
щий использовать то, что в собственное опр авда н и е он име­
нует отходами.
Современные содовые з а воды относятся к числу пр ед­
пр иятий, и м еющих, как говорят эконом и сты, в ы соки й м ате­
р иальны й индекс. Это з н ачит, что они потребл я ю т большое
кол и ч ество сырьевых р есурсов. Для производст в а т о н ны
соды по существующей схем е р а сходуют полто р ы тонны по­
в а р енной соли и столько же и з вестня к а . По этой считающей­
ся н аи лучшей технологии из п ова ренной соли NaCl исполь­
зуется 75 п роцентов н атр и я и ноль процентов хло р а , а из из­
вестн яка С а С03 - ноль п р о центов к а льция и 44 пр оцента
углекислоты. Остающиеся « пр оценты» к а к р аз и соста вляют
бросовые, губител ь н ы е дистилле р н ы е «мор я » и « р е к и » . По­
глощая гор ы сырья, содовое производство п ри в я з а н о к его
источ никам. Перевозка этих гор поездом сильно б и л а п о ка р­
м ану госуд а р ств а . Н о, с д р у г о й сторо ны , р а з м ещение источ­
ников с ы рья не всегда устр а и в а ет промышле нную геогр а фию.
15

В ряде случ аев было бы жел ательно ото р в а ть содовые заво­

д ы от «кор мушки».
Пр еобр азов а н и я в содовом производстве - тр ебов а ние
в рем е н и , экономики н а р одного хозяйств а , совр еменной х и ­
м и и , котор а я стыдится отходов ( особенно в р едных ) и борет­
ся за то, чтобы каждый эл емент т а бл ицы Мендел еев а нахо­
дил себе р а боту в пол ную м еру своих возможностей .
Наши сп еци а л и сты р азр а ботали несколько в а р и а нтов
пр еобр азований содовой пр омышленности.
С дистилл ерной жидкостью, где она неизбеж н а , пр едл ожено
поступ ать двояко. Н а некоторых з а водах ( н апр и м ер , н а до­
нецки х) ее н а м ечено утили з иров ать, получ а я хл ори стый а м м о­
ний (удобр ение) и хло ри стый кальций. Свойство н а сыщен­
н ы х р а ство ров хлор истого кальция н е з а м е рз ать при доста­
точно низких темпер атур а х делает эту соль отличным хла­
доагентом в холодильной промышленности и пом ощнико м
стро и телей в зимнее вр е мя, когда без него р а створы б ы стро
за густе вают, з а м ерзают. Но хл ористый а ммоний не лучшее
удо бр ение, а хлор истого кальция тр еб уется зн ачительно
меньше, чем могл а бы пр едл ожить содо в а я промышленность.
Спрос м е ньше п редл ожения . . . .
Что ж , не одному эл ементу, н е одному химическому со­
единению, ныне « пр оцветающему » , когда -то отводилось скр о м ­
ное м естечко н а п о л к а х л а бор атор и й . В р емя вызволило
их н а ш ирокий простор , создало непр едвиденный спр ос.
В 1 825 году в Е вр опу прибыл пер в ы й кор абль с чилийской
сел итр ой. Гр уз в ы бросили в море: не оказалось покуп а ­
тел ей. Ч е р ез 7 5 л е т Е вр оп а купи л а д в а с л ишним миллиона
тонн зао1{еа нской соли, оказавшейся великолепным удо бр е­
нием.
К. а р дин альное р ешение п р облемы с о стоит в т о м , ч т о сода
будет выпускаться не только без отходов, но с а м а станет
продуктом перер а ботки отходов другого пр оизводств а . Хи­
мия - великий м а стер н а такие решения. Про е кт, которы й
имеется здесь в виду, сно в а возвр ащает н а с к волшебному
м и н ер алу нефелину и сиениту. Пр и п ер ер а ботке их в алюми­
ниевой пр омышлен ности отход а м и служит щелок. Его-то и
мобилизуют в качестве сырья для п р о изводства соды . С е й ч а с
это у ж е дел ается.
Если р аньше алю миниевая пр омышленность был а J1ишь
потр ебитеJlем соды (ею обр а б атыв ал ись бокситы) , то теперь
16

она станет и производить ее ( к огда исходным сырьем слу­
жат нефелин и сиенит ) . Новый способ получе н и я соды сэко­
номит госуда рству бол ь ш и е с р едства и р асширит геогр афи ю
содового производст в а . А з н а чит, з а ним будущее.
К числу ведущих элементов х и м и ч еской п р о мышлен ности
относят серу, азот, угл ерод, кислор од, водород, н а т р и й, фос­
фор, калий, хл о р . Т р ем из них - азоту, калию, фосфор у
удалось попасть в этот почетный список гл а в н ы м обр азом:
благод а р я труд а м ученых- химиков, р аскрывши х т а й н ы пита­
ния р а стени й.
Интересно, что в списке та моженных ставок на ввоз
сырь я в 1924 году против фосфоритов з н а чится «бе спл атно».
С воего сырья для производства м инер а л ьных удобрений нам
тогда не хватало. С е йчас р азвед а н н ы е з ап а с ы фосфоритных
руд в С С С Р оцениваются в 3 миллиарда тонн, а во в сем
остальном м и р е - 6 м и л л и ардо в . По з а п а с а м к а л и й н ы х со­
лей мы т а кже бога ч е всех других стр а н .
В пл а н е х и м и з а ц и и н а р одного хозяйства н ашей стр аны
видное м есто отводится промышленности, в ы пускающей
«сол и плодородия». Н а м ече на прогр а м м а ускор енного строи­
тельства з а водов минер а льных удобрений. Это прогр амма
усиления роли х и м и и в судь б а х урожа ев.
« ... Осуществить р а ци о н альную и всестороннюю химизацию
сельского хозяйства . . . » - з а п и с а н о в Прогр а м м е КПС С .
Экономисты Министер ства сельского хозяйств а С С С Р под­
сч итали, что одни ми нер а льны е удобрения - без ор га ниче-

�

17

ских - мо гут п р и пр а в и льном их использ о в а н и и дать прирост
ур ожа я : хлопка-сырца - 650 тысяч тонн, сахарной свек­
лы - 4 ,2 миллиона тонн, льноволокна - 80 тыся ч тонн, зер­
н а - 3 0 м и л лионов тонн, к а ртофеля
16 миллионов тонн,
овощей - 13 ми ллионов тон н . В нутр и обжитых р а йонов стр а ­
ны к а к бы возникают новые - и не м алые - посевные пло­
щади. Если взять ср едний ур ожай з ер новых даже в 30 цент­
неров с гект а р а , то и тогда минер а льные удобрения «пода­
рят» стр а н е 1 0 м иллионов вы сокоур ожайных гектаров!
Лишись, н апример , Дания минер а льных удобрений, ей, чтоб
и м еть нынешний урожай, пришлось бы где-ни будь «одол­
жить» площадь, чуть ли не в ч етвер о превышающую налич­
ную, Фр а н ции - з а сеять вторую Ф р анцию и т. д.
В н а ш ей стр а н е вы воз н а поля м и нер а.rJьных удобрений
неукл онно р а стет. Но еще не достиг ж ел а емых р азмеров.
П р о ф ессор А. В . Соколоn указы в а ет, что пока мы возвр а ­
щаем з е м л е л и ш ь 1/5-1/4 ча сть а з о т а , 112-2/з ч а сти фосфор а,
1/4-1/з ч а сть калия, вы носимых урож а я м и .
В ыход, к а з а лось б ы , н а п р а ш и в а ется са м : н адо увеличить
пр оизводство удобрений. Но в действительн ости все не так
просто. К:ак и всюду, р ешающее слово оста ется з а экономи­
ко й. Р е н т а б ельность п р именения удобрений, говорят эконо­
мисты , опр еделяется соотноше нием между стоим о стя ми при ­
роста у р о ж а я и затраченного удо б р е н и я. Последняя з а висит
от м н огих обстоятельств : условий добыч и , обогащения, пере­
р а ботки сырья, тр анспортных усло в и й , свойств а почв, вида
сельскохозяйственных культур и т. д.
Только по одной супер фосфатной п р о м ы шл енности р а бота
жел ез нодорожного тр а нспорта за год отр ажена в гигантской
ци ф р е - 1 0,7 миллиарда тонна-километров. Если б супер фос­
ф а т требова лся для подъема сельского хозяйств а на Луне и
туд а был а бы проложена желез н а я дорога, то, п р одел ав ука­
з анную р а боту, м ожно было бы перебр осить по ма ршруту
Земля - Л у н а несколько десятков тысяч тонн удобрения !
Для оценки этой цифры з е м н ы м и м а сшт а б а м и укажем, что
она составляет более 70 процентов грузооборота Италии !
А в едь железная дорога н е доставл яет этот груз к месту
потре б ле н и я . С платфор м удобрения выгружают на базис­
ный скл ад, оттуд а - в кузова автом а ш и н . И пылят грузови­
ки п о сельским дор о г а м . Р азгрузили удобрение в колхозном
-

1�

скл аде - и снова пер евозки, теперь к полю. Здесь оп ять в ы­
гр узка и опять погрузка - в высевающие м е х а н и з м ы .
З н а чит, к прежн и м ци ф р а м н а д о п р и плюсовать е щ е стои­
мость автоперевозок, тары , хр анения . . . Подсч и т а н о , что пере­
воз к а и доставка в поле фосфоритной муки обошлась з а год
в 300 м и ллионов рублей на ста р ы е деньги . А сто и м ость до­
ставки больше отпускной стоимости.
К: концу семилетки выр а ботка фосфор ных удобр ений до­
стигнет 14 миллионов тонн. При суще ствующей ныне даль­
ности перевозок з а грузка тр а н спорта выр азится в косм иче­
ской
ц и ф р е - 33-40
м илли ардов
тонна-километров.
К: 1 975 году производство м и н ер а льных туков воз р а стет еще
вдвое-втр ое . . .
Где же выход?
Нужны др угие, более эффективные удо б р е н и я. Химики
р а ботают в этом н а п р а влении и уже создали ряд соединений,
содержащих в два раза больше полезного веществ а , чем
удобрения, выпускавшиеся р а нее. О н и дадут значительную
экономию ср едств. А в дальнейшем х и м и к а м , по- види мому,
пр идется созд а в ать м и н е р а л ь н ы е удо брения еще более вы­
соких концентр аций, вплоть до т а ких, где вовсе не будет
« б а лласта».
Об служи в а я се л ьское хозяйство, х и м ия особо долж на
быть чутка к вопросам экономики. Это ди ктуется м а сшта ба­
ми потр ебности сел а в р аз л и ч ных хим ических элемен тах и их
соединениях. Вот п о ч е м у т а к привлекательно выглядит идея
получения а м м и а к а - исходного продукта в п р о и зводстве
а м миачной селитры , ценнейшего азотного удобрен и я - на
основ е природного г а з а . Р аньше для синтез а а м м и ака ис­
пользовали коксовый г а з . Это обходилось в полтор а-д в а р аза
дор оже, чем когд а сырьем служит природный или попутный
газ нефтедобычи .
. . . ХХ в ек в ойдет в и с т о р и ю на уки и тех ники к а к в е к атом­
ной энергии, р адиоэл ектр оники, компле ксной а втоматизации,
ракетной техники и других побед человеч еского г е н и я . С р еди
штур мовавших эти вершины химики - н ео р г а н и ки стояли
не в последних рядах. Да и могло ли быть и н аче? В едь хи­
мия , как неор г а н ическ а я , т а к и органическа я , вершит судь ба­
ми элементов, сводя их и р а зъедин я я . В л адея этой с к а зочной
силой, химия творит м атер и алы и в ещест в а , которых нет
в п р и р оде, но которые совершенно необходи мы в эпоху, коr19

да взлетают р а кеты, р а ботают ато мные котл ы , существуют
фотоэлементы, солнечн ы е батареи и много и н ых уди в итель­
ных вещей.
Н ед а р о м с т а кой н астойчив остью Центр альный Комитет
н ашей п артии выдви гает на передовую л и н и ю н а р однохоз яй­
ственных проблем вопросы р азвити я х и м и ческой индустрии
в н а шей стр а н е. После м айского Пленума ЦК КПСС в 1958 го­
ду отечественная х и м и я двинул ась в перед уско р е н н ы м и тем­
п а м и . За годы, миновавшие после м а й ского Пленум а, на
строительство х и м и ч еских
пред п риятий было отпущено
в 1 ,7 р аз а больше с р едств, чем з а 13 предыдущих л ет!
Но и эти темпы не удов л етворяли стрем ительно расту­
щего спроса н а си нтетич еские м ат е р и а л ы , удобрения и мно­
гое другое, без чего трудно обходиться, если н е хочешь от­
стать. « Н адо, н а конец, покончить с поверхн остным и близо­
р уким п одходом к р а зв итию хими ческой п р о м ы шлен ности ,
п р о явить госуд а р ственный р аз м а х и экономически г р а мотно
оценить п е р с пективно сть и огр о м ную вы году, которую полу­
ч а ет н а р одное хозяйство от р азвития х и мической и ндуст­
р ию>, - говорил в своем докладе на ноя б р ьском Пленуме
Н. С . Хр ущев . Он посоветовал плановым органам сн ять
«стальные шоры» и оценить по достоинству огр о м н ую н а род­
н охозяй ственную э ф ф ективность, которую дает пр еимущест­
в е н н о е р азвитие х и м ической индустр и и .
В от о д н о из бесчисленных и особо яр ких доказ ательств
тому. Е с л и в производстве турбогенератор ов и спользовать
к р е м н и й о р г а ни ч ескую изоляцию, то, будуч и тех же р а з м е р о в ,
они м о гут с т а т ь м ощнее процентов н а десять, а т о и больше.
З а этот счет до конца семилетки добавоч н а я м ощность н а
тепловых электростанциях соста в и л а б ы величину, пример­
но р ав ную м ощности В олжской ГЭС и м е н и В . И . Ленина!
А з а т р а ты н а сооружение з авода кремнийо р г а н и ческих лаков
по сравнению со стои мо стью такой гидроэлектростан ции, как
В олжска я , в десятки р аз м еньше.
«Создать з а короткие сроки матери а л ьно-техническую ба ­
зу ком мунизм а б ез р а з витой химической пр омышленности не­
возможно», - п и с а л 1 5 м а р т а 1 963 года Н . С . Х р ущев.
И, к а к всегд а , крыльями дл я нового в злета химической
промышленности явятся достижения н а ук и . И, конечно, не
только ор га н и ки , хотя пр ом ышл е нности органи ческого синте­
за п р едстоит осо бенно быстр ы й ро ст. Зато «В в едении» неор -

20

га ники многое из того, н а чем дер жится н а исовременнейшая
техника.
Химия полупроводни ков". Еще не написаны моногр а ф ии
и учебники, очер ч и в ающие г р а ницы нового государ ства на
карте наук, а уже в нем бурлит жизнь, кипят стр асти, ведут­
ся дискуссии, н а л а ж и в а ются дружественные в з а и м оотноше­
ния с соседя м и : ква нтовой химией, к р и сталлох и м ией, физ иче­
с1юй химией".
Какие же задачи видит перед собой молодая наука? Он а,
естественно, стр ем ится отыскать общие з а кономерности, сп о­
собные п роложить н адежный мостик между внутр е н н и м и осо­
бенностями матер и а л а и его полупроводниковы м и свойств а­
м и . Только с к а п и т а н с кого мостика теории можно будет
достаточно точно п редсказыв ать поведение полупро воднико­
вого изделия, зная его х и мический состав и структуру. А з на­
чит, предст а в ится возможность синтезировать и м енно те
полупроводниковые веществ а, какие требует, н а п р имер, при­
вер едливая р адиотехни к а .
Э т о традиционн ая, гл убинная теор етическая п р о б л е м а хи­
мии. О н а в едет в с а м ы е недр а веществ а, туда, где индиви­
дуальность хи мич еского эл ем ента видна не в его внешних
проявлен иях, а в са мой «а нато м и и » атома.
21

Не т а к давно в солидных учебниках по химии можно был о
пр очесть о гер м а н и и : «В промышлен ном м а сштабе почти не
до б ы в а ется . Поэтому огр а н ичимся лишь его кр аткой общей
ха р а ктеристикой . . . Соединения гер ма ния п р и м· е няются п р и из­
готовлении светя щихся экр а нов, а также вы сокопреломляю­
щих сортов стекл а ... » О кремнии сказ ано больше, но тоже ни
сл ова о его ценнейших полупроводниковых свойствах.
«В чем их польз а ? » - р а з м ышлял н а ш отдаленный пре­
док, глядя н а к а м н и , в беспорядке р азброса нные там и тут.
С тех да вних пор каждая эпоха д а в а л а свои ответы на
этот вопрос. Посл едняя гл а в а в и сто р и и кремния и гер м а ­
ния - с в ежий т о м у пример.
За н есколько л ет полупр оводники п р о н и кл и в самые р а з­
нообр а з н ы е обл асти техни к и , неся с собой качественно но­
вые, исключительно интересные возможности. В ч а стности,
они отв ечали трем тенденция м в р а звитии р адиотехни к и : м и ­
ниатюр и з а ции р адиодеталей, повышению и х долговечности и
надежности. Другой о б л а стью п р именения полупроводников
яв илось созд а н и е тер моэлектрических приборов и уст а новок.
Солнечные кремниевые бата р еи и с п р а в н о р а ботают в космо­
се, питая р адиоаппар атуру в неземных автом атических л а бо­
р а ториях.
Получая из научных л а бор аторий что-то новое, техника
о б ы ч н о от в осторгов очень скоро пер еходит к в л а стным тр е­
б о в а н и я м . Т а кие-то полупроводни к· о вые м атер и а л ы есть, но
ока з ы в а ется, что срочно нужны другие. Где они, когда будут?
С и нтезируя новые, все более «чутки е» и н адежные полу­
проводниковые в еществ а , ученые пока ч а сто идут путем эм­
п и р ической р азведки. Понятао, это не с а м ы й короткий и не
с а м ы й р езультати в н ы й путь . Для выр а ботки м а гистр альных
н апр а в л е н и й необходи мы достижения в р ешении теор етиче­
с ких проблем. И сключитель но важна для х и м и и полупровод­
ников р а зр а б отка новых х и м и ческих и ф из и ко-химических
м етодов получения полупроводниковых в еществ сверхвысо­
кой чистоты.
П о пр ивычке м ы все еще говори м : чист, к а к роса; чистый,
к а к слез а . Это поэтично, но и а р ха ично. Н и то, н и другое не
может в н а ш е время служить эталоном ч и стоты. В о всяком
случ ае, для х имии полупроводников.
О ц е н и вая степень необходимой чистоты, специалисты го­
в о р я т : девять-десять девяток. Что это з начит?
22

Для н аглядности приводится такой п р и м е р . В ста к а н е аб­
солютно ч и стой воды р астворяем крупицу с о л и . З атем , з а­
ч ерпнув на персток этого р аство р а , выл и в а е м его в сорок а в е ­
дер ную бочку. А и з н е е 1<а плю жидкости переносим в другую
сорокаведерную бочку. Вот т а м-то чистота воды будет при­
ближаться к 99,999999999 пр оцента, то есть к девяти девят­
кам ( считая после з апятой ) .
Повышенные требования к чистоте полупроводниковых ве­
ществ объясняются тем , что н а р а боту тр а н з и стора оказы­
в ают влияние ничтожно м ал ы е примеси. З а да н н ы е р а б очие ха­
р актер истики его мо гут пол ом ать даже счит а н н ы е атомы-чу­
жаки, не изгна н н ы е из м а тер и а л а детали .
Попытки автоматизир овать некото р ы е технол огические
опер ации в стреч а ю т серьез ные препятствия из-за того, что
трудно, а порой и вовсе невоз можно обеспечить сбор нуж н ой
инфо р м ации о ходе проце с с а . Н а п р и м е р , в м еталлурги и з а­
труднен з а м е р те м пер атуры р а сплава. Существующие датч и ­
к и боятся такого и нтенсивного н агр е в а , к а к о й н еиз беж ен п р и
соприкосновении с жидким м еталлом, с р а скаленны м докр ас­
на сводом стал епл а вильной печи, с поток а м и горячих га­
зов и т. д.
В этой связи а ктуальной з адачей химии полупроводшшов
стало изучение систем, в 1<люч ающих тугопл авкие полупро­
водн иковы е соединения, р а зр а ботка м е1'одов и х синтеза.
В ообще тугопл авки м и соедин ениями живо интересуется
современная техн и к а . Н етрудно понять почему.
Техническому прогрессу свойственно неудержимое стр ем­
ление повышать темпер атур ный уровень р а бочих процессов.
Но каждый ш а г по ступенькам темпер атур ной ш к а л ы к пы­
шущи м розовым м аревом высям да ется с большим трудом.
Приходится вновь и вновь р еш ать каверзную задачу: созд а ­
вать новые в и д ы 1'опл и в а , с п о с о б н ы е выделять н е с м етные
коли ч еств а тепл а , и одновременно готовить материалы, спо­
собные выдержать невыносимую жару.
От успехов в освоении огн евых процессов з а ви с ел и ав ан­
гардные отр асли современной техники : р еактивная, р а к етная ,
атомная и другие. А перед гроз ным лицом огня могут устоять
J1ИШЬ особые неоргани ческие соединения. В двери н ео р г а ники
и постуч а л а сь техник а , в стретив н а пути своего р а звития теп"
ловые барьеры.
Испокон веков люд и получ али тепл о , сжигая д р о в а , уголь,
23

а позднее - керосин, бензи н, м азут, природный газ. В общем
история топл и в а з нал а одни лишь угл еводородные, органиче­
ские в еществ а .
Н о в о т н е б о Х Х в е к а стали обживать са мол еты с дерзко
выпяченным впер ед фюзеляжем и з аломленны м и Itаз ад
крылья м и . С б етонированных пл ощадок, грохоча, уносил ись
ввысь огненнохвостые р а кеты.
Х и м и ки усил енно иск а л и топл и в о для новых, еще бол ее
быстроходных р е акти вных с а молетов, еще б олее мощных
р а кет. Их в н и м а н и е привлекли водородные соединения бора.
Теплотвор ная спосо бность бороводор одов, или, к а к и х еще
н а з ы в ают, баранов, был а п орядка 1 5 тысяч килокалорий на
килогр а м м горю чего - в полтор а раза больше, чем д а в али
угл еводородные в иды топл и в а . И сго р а л и бар аны с м олние­
носной быстротой, что очень существенно для р е а ктивных
двигателей. И сырье, содерж ащее бор, н е дефицитно. Оно
хорошо изв естно фотолюбителям. Это о б ы кновенная бур а .
К:то б ы м о г подум ать? Е щ е вчер а спросили б ы н а с : «В чем
ее польз а ? » - мы, выходит, не с к а з а л и бы гл а в н ого. А з автра
гл а в ным призн ают ка кой -то новый, неведомый, неожиданный
«та л ант» этого невзр ачного, хорошо з н а комого фотолюби­
теля м х и м икалия.
Б ор оказа л ся удивительно р азностор онним элементом. Б а­
р а н ы - пер спективное топливо, бориды - отл и чные жа ро­
стойкие спл а в ы . В содружестве с тит а н о м и молибденом, цир ­
конием и хромом, хромом и никелем и другими подходящи м и
н а п а р н и к а м и бор о бр азует матер и а л , оохр аняющий длитель­
ное время прочность при очень высоких темпер атур ах. Вот
поче му бор иды нашли применение в га зотур бостроении,
в производстве детал ей р а кетных двигателей. К: ним прибе­
гают, когда конструируют тяжело н а груженные дет а л и , р а ­
ботающие в опасных для всех других м а те риало в темпе р а ­
тур ах.
В ысокая огнеупорность, тугоп л а в кость бор идов открыли
им д оступ в самые р а знообр азные отр а с л и производств а .
С о в р е м е н н а я техника тр ебует с каждым днем все большее
кол ичество хорошо очищенных р едких и цветных металлов.
Но эти в еществ а в р аспл авленно м в иде ч р е з в ы ч а йно агрес­
сив н ы . О б ычные огнеупоры их н е держат.
Р а звитие специальной энергетики тр ебует труб, по кото­
рым продолжительное время стр уились бы такие грозные
24

жидкости, как р а спл а в л енный натрий, с в и нец, ол о во, цин к,
висмут и их спл а в ы .
И тут и т а м гл а в н ы м и пр етендент а м и н а з а м ещение в а ­
кантных «должностей» являются бориды. Из н и х уже дел ают
ил и ими обл ицовы вают особо ответственные тигли, тепл о об­
менники. Огнеупоры на основе борида циркония стоят десят­
ки и сотни часов, опол а с к и в а е м ы е б еспощадны ми ж идким и
м еталл ам и .
Отклоняясь в стор ону о т огневой т е м ы , скажем о твердо­
сти, износостойкости боридов. В качестве р ез цов бориды в со­
ставе м еталлизи р о в а н н о й кер а м и к и не хуже спл а в ов на
основе з н а м е нитого вольфр а м а , н о дешевле.
Н еорганика кует оруж и е пр отив высоких темпер атур не
только путем созд ания богатыр ских соеди нений.
В Институте химии силикатов АН СССР можно увидеть
такой экспонат. К: белому л и сту картона ниткой п ри кр епл ен
угол ек. Е сл и хотите, вам р аз р ешат потрогать его рукой. Уго­
л ек хруп кий, 1<р ошится .
Это был а сталь. Обыкновенная сталь-3. Е е подержа л и
в условиях, в котор ых р а ботают жаростойкие спл а в ы . Кисл о­
р од воздух а и высокая температур а сдел али свое чер ное дел о.
Т ак выглядел о бы многое совр еменное промышленное обору­
дование, будь оно выполнено из стал ей наших дедов .

БО!ЪБА С КО1't03ИЕЙ ПОТ:Н:Б'УП ВНЕСТИ
ЮМЕНЕНИЯ В Al'XИTEKTYl"Y !('Р/!IС.Т/\ЛЛО'В-

25

К а к р а з в Институте х и м ии силикатов борьбу с корроз ией
ведут по линии «з акр ы вания ворот», или, как в шутку гово­
рят, « поверхностны ми м етод а м и »
Р я д о м с упомянутым обугл енным кусочком б ы в ш е й стали
н а л исте картона помещен второй о б р а з ец. О н не примеча­
тел е н н и чем, кроме того, что несколы<а сотен часов провел
на воздухе при темпер атур е 900 градусов и ост ался невре­
димым.
Э т о та же сталь-3, но п о к р ы т а я невидимой д л я гл а з а тон­
чайшей жаростойкой пленкой. Она позволяет во многих слу­
чаях з а м енять вы сокол егирова нную сталь низколегирова нной
или даже вовсе не леги рованной. Для н а р одного хозяйства
стр а н ы посл едствия подобных з а мен могут в ы р а з иться в круп­
ных сум м а х сэкон омленных денег и ценней ших м еталлов.
Такие пленки н а основе тугопл а вких окислов р азличных
металлов и синтез ируют в институте.
З а казчики на ж а р остойкие покрытия год от года стано­
вятся н етерпеливее и капризнее. О н и подве ргают свои конст­
рукции сокрушительным тепловым уд а р а м , из нурительным
темпер атур н ы м толчка м . Н а п ример, газовую тур бину «забра­
сывают» в процессе эксплуатации с 300 градусов до тысячи
с л ишним, причем дел ают Э1'О доста1'очно быстр о . Резкие сме­
ны темпер атур вызыв ают столь ж е р езкие и з м е нения р а з ме­
ров м еталлической детали . Жаростойкий п а нцирь может ока­
заться то мал, то вел ик . П р и м е нявшиеся пр ежде эмали под
воздействием чр ез м ерных внутр енних н а пряжений, вызы в а е­
мых лихор адочными «вздох а м и » металл а , трескались и отска­
кив а л и . Н адо было н а йти такие «ком поз и ц и и » , котор ы е бы
д а в а л и п л е н к и с линейным р а сширением, близким к линей­
ному р асшир ению з ащищаемого м атер и а л а . Они и был и най­
дены. Это металлизир ованные кер а м и к и . В основе их - сили­
к атная связка и кер м ет. П ер в а я б е р ет на себя огнеупорные
функции
( кремнез ем пл а в ится п р и темпер атуре выше
1700 гр адусов ) , а з адача второй составляющей - «подго­
нять рубашку к телу» .
Пл енка должна еще обл адать большой прочностью . Мало
J1и что и где придется испытать одетой в нее конструкц и и !
Есл и п р е ж н и е силикатные покрытия о т с к а к и в а л и от обра зца
при уда р е , н е превыш ающем 0,03 килогр а м м ометр а , то новые
не р а зрушаются и посл е уда р а с•и лой в 0 , 8 килог р а м м о м ет р а.
Но было бы ошибкой сказ ать, чт о н аукой одерж а ны
26

победы в генер а л ь ных с р а жениях с кор р озией. Ж а ростойкие
покрытия пока дал еко не р еш ают этой проблемы. Д а и су­
ществуют н е н а все случ а и , когда в них есть потребность. Для
каждого м еталл а , для конкретных условий, где ему н адлежит
р а ботать, приходится подыскивать новое, оригинальное за­
щитное одеяние. И тут из-за сложности теор и и вопроса
сплошь да рядом безр аздел ьно господствует э м п и р и ческа я
р азведка.
Неизменно сопутствуют м еталлу на всех стадиях его до­
бычи и о б р а б отки р а спла вленные соли. Шлаки, всевоз мож­
ные флюсы, в а н н ы эл ектр и ч еские или для тер м о о б р а ботки,
з ащитные покрытия, жидкости для очищения поверхн ости это все р аспл авленные соли. Они выступают и еще в одно й
весь м а м одной р ол и - в качестве аккумуляторов - пер енос­
чиков теплоты , когд а темпер атуры особенно в ел и ки . Н а конец,
х имики р а спл а в л е н н ы м и соля ми извлекают ценные состав­
ляющие из н е котор ы х в идов п р и родного сырья . П р и м ер : со­
единения л ития из споду м е н а . Т а к вот, если говорить о кр уп­
ных проблемах, стоящих н ы н е перед неорганической химией,
то р а сплавленные соли - обла сть повышенного спроса на
теорию.
Еще очень м а л о известно о темпер атуре криста ллиза ции,
л етучести сол ей, о верхних темпер атур ных предел ах существо­
в ания р а спл а в а . Еще не проложены даже тропинки, по ко­
торым м ожно было бы уст а н а в л и вать связ и м ежду д и а гр а м ­
м а м и р азличных свойств этих жидкостей.
В качестве далекой, п р и цельной темы выдвигается р а з р а ­
ботка способа упр а вления корр озией, вызываемой р аспл а в ­
л е н н ы м и сол я м и . l( а к и з в е с т н о , в большинстве случ аев они
р азъедают омываемые металлические поверхности. Н о м ож­
но н а йти в еществ а , которы е придадут бывшему «яду» свой­
ств а « б альз а м а » . З а м а нчивая перспекти в а !
Трудно п р едсказ ать ма сштабы и все н а п р а в л е ния того
гра ндиозного н а ступления техники будущего, которое сей ч а с
готовится н а совсем е щ е н едавно целинной п о ч в е н е о р г а н и ­
ки - н а п о ч в е р едких элементов.
Взять хотя бы группу р едкоземельных.
«В чем и х польз а ? » - л о м али голову химики-неорган ики,
с колоссаль н ы м трудом выделяя и р азделяя редкозе мельных
близнецов. Пр актики пожим ал и плеча м и : «В стек.тюв а р е н но/\{
дел е, в кер а м ическом произ водстве ". А еще где их можно
27

испол ьзов ать , неизвестно. Т а к что, тов а р ищи химики, не то­
р о п итесь пока с вы пуском этой дор огой продукции».
Но н е много требовал ось времени, чтобы стр а нные, не­
известно для чего «п р едназн аченные» п р иродой уникумы
превр атились в стратегическое сырье. В п р очем, подобными
п р е в р а щениями ХХ век н е удивишь. О н свидетель триумф аль­
ного ш ествия в п р о изводственную пр актику таких сл а в ных
выдвиженцев неорганики, к а к в а н адий, ко бальт, молибден,
ур а н , плутоний, торий, бериллий и другие.
Стр атегически ми р едкие земли стал и , как только пригля­
нулись атомной технике. Ученые з аявили, что в этой области
uер и й , гадолиний, с а м а р и й , европий и особенно иттрий н ай­
дут с а мое р азнообразное п рименение.
Э т и м еталлы ведут себя неодин аково по отношению 1 < тю<
н аз ы в а е м ы м тепл овым нейт р о н а м . Вспомни м , что тепловые,
м едленные, нейтроны игр ают в ядерном р е а кторе роль ини­
ци аторов и продолжателей цепных р е а кций, то есть ведущую
роль. Если их число н едост аточно - ядер ное топливо л и шь
з аймется и «погаснет». Если и х больше н о р м ы - д е л о плохо:
цепн ая р е акция н а берет та ки е темпы, что ее не отличишь от
взр ы в а . Так что тепловых нейтронов обяз ательно до.11жно
быть н е больше и н е меньше, ч ем нужно для стабильного
р а бочего процесс а .
Ядерное горючее - ур ан, плутон и й и л и т о р и й - з агру­
жается в р е а ктор в металлических обол очках. Есть и другие
металлические конструкции, н а ходящиеся в а ктивной зоне
р е а ктор а. Конструктивный м атериал должен не мешать мед­
ленн ы м нейтр о н а м совершать свою р а б оту по р а скалыва н и ю
яде р , т о есть, как говорят специ а л исты, и м еть небол ьшое
сечение з ахвата тепловых нейтронов. Иттрий I<а к р аз и м еет
м а лое сечение з ахвата. Да к тому ж он легок и прочен. Все
это выдвигает элемент № 39 в первый ряд конструкцио нных
мате р и алов для атомной техники.
А вот л антаноиды гадол иний и е в р оп и й им еют большое
сечение з ахвата тепловых нейтр онов. Тоже ценно! Они поз­
воляют решить более успешно пробл е м у биологической з ащи­
ты. Амер и канские ученые считают , что вм есто толстых плит
можно будет дел ать тонкие, л егкие. А в едь гром оздка я , тяже­
лая биологическая з ащита - одно из серьез ных п репятст­
вий на пути проникновения атомного двигателя в а в и ацию.
Н о не только ато м н ая техника приз н а л а р едкие земл и .
28

.М еталлурги установ и л и , что смесь этих элементов - т а к
н а зыв а е мы й мишметалл - оказывает бла готворное вл ияние
н а нержа веющие стал и : повышает и х прокаты в а е м ость ( бол ь­
ное место большинства м а рок) и коррозионную устойч ивость.
В ыяснилось, что, н а п р и м ер , окиси п р а з еоди м а , церия,
л антана обл адают высокой термоэлектродв ижуще й силой.
П р и н агрев а н ии до темпер атур 500 -750 гр адусов они стано­
вятся электр о б а т а р ея м и , дающими н а пряжение д о 1 ,4 вольта.
Иттрий проявил себя как отличный геттер - п огл отител ь
г а з о в , в ыделяющихся в условиях глубокого в акуум а. А глу­
бокий в акуу м, как и в ы сокие давления, - это ультр асовре­
менное, непрерывно совершенствуемое оружие н ауки и тех­
н ики, волшебный ключ к р азгадке многих тайн п рироды, соз­
данию пор азител ь н ы х приборов, проведению необычайных
процессов. В обеспечении сверхглубокого р а з р ежен ия кровн о
з а интересов а н ы и сследов атели в ысокотемпер атурной пл аз мы,
тер моядерных р е акций. Нужен н адежный ва куум и конструк ­
тору гироскопа - автом атического поводыря космически х
кор а блей. И тво рцам электр онных л а м п , кинескопов. И син­
хр офазотрону . . .
Б олее скр о м н ы и з ем н ы возможные при менения цер ия.
Совместн ая р а бота Цент р а л ь ного н аучно-иссл едов ател ьского
автомобильного и автомотор ного и н ститут а , Госуда р ствен­
н ого и н ститут а р едких металлов и Горьковского автоз авода
показ а л а , что этот элем ент з аметно улучш ает чугун , из ко­
торого автоз аводы льют коленч атые в ал ы .
Н а совещании по п р и менению р едких элементов, которое
состоялось в 1 962 году в Свердловске, р а ссказывал ось о том,
что большой интерес про является сейч ас м аш иностр оением
к ц ирконовым концентр ата м . Они оказ ались великолепным
противопригарочным средство м. Применение их позволяет
вдвое сократить число обслужи в а ющего персона л а ф о р м овоч­
н ы х отдел ен и й л итейных цехов. Отливки получ аются с ч и стой
поверхностью, и обрубочные операции сводятся к. м и н и муму.
Уже многие з аводы Укр а и н ы и Российской Феде р а ц и и ис­
пользуют цирконовые кон центр аты для этих целе й.
А ч т о, если «ода р енный п р и р одой» эл е м е нт бор соединить
с р едкоземельны ми? Эта с ч а стл и в а я м ы сль помогл а химика м ­
неорганикам н айти очень ценные для р адиоэлектрон ики
м атер иалы. Бориды р едкоземельн ы х металлов, особенно гек­
саборид л антан а , обладают способностью пр и н а греве в ы б р а 29

сыв а ть чрезвы ч а й н о большое количество электронов, и н а ч е
говоря - высо1<и ми тер моэ м и ссионными свойств а м и . Борид­
ны е катоды отлично р а ботают в условиях низких давлений,
могут эксплуатирова ться п р и больших н а пряженностях поля;
их свойств а н е ухудш аются от ионной б о м б а рдировки.
Если сравн ител ьно недавно п р а ктик а вяло р е а ги р о в а л а
н а предложения неорганики доб ыв ать р едкоземельные эле­
менты, то теперь она обв иняет химиков, что те вяло совер­
шенствуют способы производства этих труднодоступных
эл ементов, что р едкие земли еще непростительно дороги, что
их мало. Впрочем, спрос появился еще дал еко не на все л а н ­
'Га ноиды. Но со в р е м е н е м , когда ста н ет б о л е е я с н о , в чем и х
пол ьз а , спрос появится. И н а ч е б ы т ь н е мо жет. Неприменяе­
мые н ы н е элементы - это двери в будущее, пока плотно
з а �<рытые. И н ет на свете интереснее и в ажнее того, что за
ними. А з н а чит, кто-то уже н а стойчиво ищет со ответствующие
ключи.
В ы ступая в Пр аге н а Междун ародном симпозиуме по
пл ан ированию науки, академик П . Л . Капица говорил, в ч аст­
ности, о том, что «нет еще количественной тео р и и , котор а я
бы связ ы в а л а свойств а веществ а - н а п р и м е р , механические,
способность противостоять окислению в условиях высоких
темпер атур и другие - с его химическим составом и физиче­
ской структурой, хотя природа сил между ато м а м и хорошо
известн а .
Поэтому основной путь и с к а н и й здесь - э м п и р и з м . Н о
нетрудно показ ать, ч т о д а ж е э м п и р и з м не может п олностью
решить эту з адачу. Н а м изв естны около 1 00 элементов, кото­
рые обра зуют спл авы. Положи м, что описание нужных
свойств одного металл а или спл а в а - его прочность, жаро­
прочность, упругость, электропроводность и так далее з ан и м а ет одну стр а н ицу. Для описания свойств самих эле­
ментов потре буется 1 00 стр аниц, дл я описания б и н а р н ы х
спл авов потребуется у ж е 1 0 т ы с я ч стр а н и ц . Спл авы тройных
систем уже зай мут миллион стр а ниц. Л егко в идеть , что ис­
следовать и систем атич ески описать тройные с пл авы является
предельной воз можностью . . . Но известн о , что на пр актике уже
используются спл авы из четырех компонентов и даже боль­
ше и т а ки м и спл а в а м и уже был и решены важные з адачи.
Будет л и это всегда так? Я н е дум а ю . Такие многоком­
понентные спл авы, может быть, б ы л и н а йдены случайно, но
30

ве роятнее - и нтуити в н ы м «н юхом» талантл ивого ученого,
который , как и скусный пов а р , умеет готовить вкуснее других.
Если есть интуиция, зн ачит есть и з акономерность. З адача
н ауки - выявить эти з акономерности, н о м етод р ешения та­
ких сложных пр об л ем до сих пор н е н айден, и это, нес омнен ­
н о, о д н а из п р о б л е м будущего» .
Стоит ли з адача синтезиров ать новые полупроводниковые
вещества с з аранее н амеченными свой ств а м и , ищут ли новые
покр ыти я , предох р а няющие м еталл от корр о з и и , сост авляют
.11 и новые спл авы, спосо б н ы е удовл етворить последн и е требо­
вания техники, - иссл едователь н а к аждо м шагу сталкив ает­
ся с тем , что « н ет еще количественной теор и и , кото р а я бы
связы в а л а свойства веществ а . . . с его хим ическ и м составом
и физической стр уктур о й » .
Создание т а к о й т е о р и и н а о с н о в е ф акто в, которые есть и
кото р ы е будут добыты, не только спрямит извилистый и длин­
ный путь эмпирических исканий, но и сдел ает воз можным то,
что сейч а с лежит за по рогом предвидимого. Уже сейчас
органический синтез позволяет х им икам «дози ров ать» свой­
ства м атер и а л а . П роникновение же к первопричин а м реакци­
онной спосо бности веществ а , более полное объяснение с а мой
природы хим ическо й связ и, р азгадка тайны влияния одни х
веществ н а другие неиз м е р и м о усилят в л а сть человека н ад
п р иродо й.
В химии будущего почетную роль сыгр ает з аконченная,
лишенн а я противоречий теория катализа. Явление это овеяно
дымкой таинственности, окружено ореолом н аучной р о м ан­
тики.
Трудно, каз алось, даже невоз можно н аучно объяснить,
как удается катализато р а м уничтожать инертность, р азжи­
гать активность уч а стников р е акции, а с а м и м будто остав ать­
с я в сто ро н е - н е из меняться ни химически, н и количествен­
н о. Это пор ождало чуть л и не м и стически е представления
даже у н екото рых крупных ученых. К:атализ атор а м припи­
сывали свойства всем огущего «философского к а м н я » , при­
дум анного алхи м и к а м и .
Естественно, н ауку н е уст р аи в а л и объяснения с по мощью
необъясн имого. И вот хи мики в м есте с физ ика м и поставили
перед собой цель - р а згадать секреты катализ а . Был доста­
точно достоверно и столко в а н механизм в оздейств ия к а т а л и­
з аторов н а ход отдельных р е а кций. Было выдвинуто н е сколь31

ко тео рий катализ а. Но многое, очень многое в к а тализе
ост алось непонятым и по сей день.
Тем н е менее именно этот процесс поз волил химии шир о1< 0
«р аспростер еть р у к и с в о и в дел а человечески е » . Без катал и з а
м ы н е имели бы н и с е р н о й , ни азотной кислот, н и а м м и а к а ,
н и синтетического каучука, ни мн ожеств а других первосте­
пенной в ажности соединений. Бывали периоды, когд а катализ
выручал цел ые н а роды от тяжелого положения, вызв анного
войной, нехв аткой сырья.
В 1 947 году в р еч и н а В сесоюз ной конференции п о
к атализу акаде м и к Н . Д. З ел и нский р ассказывал, как в гроз­
н ы е 1 9 1 8- 1 920 годы советские химики н ашли катализатор ,
обеспечивший получение горючего дл я н аших с а молетов.
«За редк и м и и сключен и я м и , - пишет член-корр еспондент
А Н С С С Р С . З. Рогински й, - в ажнейшие технологические
и сырьевые достижения химии военн ого в р е мени неразрывно
связаны с успех ами п р о мышленного катал и з а . К: атализ атор ы
явились м агическим жезл о м , пользуясь кото р ы м химики вою­
ющих стр ан выходили из з атруднений с сырьем, з а м е н я я
и м портные продукты новыми , и скусственными веществ а м и ,
п р е в р а ща я м ассовое дешевое сырье в ц е нные материалы .. .
Вт о р а я мировая во й н а показ а л а , что бур н а я р о м а нтическая
юность промышленного катализа н е з акончил а с ь и он та ит
в себе неисчер п а е м ы е новые возможности » .
С калейдоскопич еской быстротой меняется н абор веществ,

32

применяемых для ускорен ия и р егул и р о в а н и я р е акций. Пла ­
тина и п а л л адий лишились своего прив и л ег и р о в анного пол о­
жения в м и р е контактов ( к атализ аторов ) .
В ыдвин ул ись
более «демок р атические» элементы: в а н адий, же.л езо, н икель,
соединения хрома, а л ю м и н и я . Но для 1<аждой конкр етной
реакции приходится искать свой катализ атор. П р ич е м здесь
а н алогии не действуют, х и мически р одств енные в еществ а не
могут подменять друг друга в сугубо специ ф и ч н о й роли
контакт а .
Напротив, в е с ь м а далекие по т и п у соединения оказыв а ­
ются союзн и к а м и по каталити ческому воздейств и ю на х од
р е а кции . И это з атрудняет путь к о б о бщени я м , выводам.
Едва л и н е кажды й элемент втайне действует как катализа­
тор . Н о н айти, дл я к а кой р е а кции и к а к действует, все рав­
но что отыскать в большом гор оде вл адел ьца пуговицы, ва­
ляющейся н а п о л у автобус а .
Р а н о и л и поздно в ходе из учен и я этой I<рупнейшей н ауч­
ной проблемы современности должен был р одиться термин
«электрон и ф и к а ци я теории катали з а ». И он р одился. С р ав­
нительно н едавно. Он о з н а ч а л , что р а ссмотрение вопросов
пере н осится «на уровень» к р и сталлических р ешеток, атомных
ядер и электронных о р б ит. Ну, а здесь успешно действов али
ф изики. В стреч а с ними откр ыл а химикам гл а з а н а одно
в ажное и интересное обстоятельство.
« З н ачител ьная ч а сть твер дых те.11 и смесей, п р и м е н яемых
в катализ е, - окислы желез а , в а н адия, цин к а , м еди, м а р ­
ганца, сульфиды вольф р а м а, молибден а , алюмосиликаты полупроводники, о чем долгое в ремя бол ьшинство х и миков н е
подозр евало, подобно герою из вестной комедии Мольера,
который до весьма зр ел о го воз р аста не подоз р е в а л , что он
говорит прозой » , - шутл и в о обличал себя и своих коллег
С . 3. Роrински й.
«Электронификация теории к атализа» идет пол н ы м ходом.
С оюз х и миков с ф и з и к а м и - это с ил а , перед которой н е
у с тоит н и одн а т а й н а п р и роды, даже если она з аш и ф р о в а н а
та к тщательно, как явл ение катализ а . Откр ытие и об основ а­
ние стро гих количественных з аконов, которые охватят явле­
ние катализа в целом, произведут переворот во всей про­
м ы шленности , а з н а чит, и в кул ьтур ной жиз н и обществ а .
Ч т о же д а с т з акончен н а я, лишенная против оречи й теория
ката л и з а !'
33

В о -первых, р уководствуясь ею, х и м ики с м о гут подби р ать
катализ атор ы для н аив ыгоднейшего течени я ре акций, уже
известных производству. Но если сейчас, допусти м, приходит­
ся при бегать к давл ениям в сотни и тысячи атмосф е р , к тем­
пер атур а м в сотни гр адусов, чтобы п роцесс шел в нуж н о м
н ап р а влении и обеспечивал прие м л е мую производительность,
то тогд а те же р е а кци и отл ичней ш и м образом будут совер­
ш а ться в н о р м альных усл овиях - без дорогостоящего обору­
д о в а н и я , без потребления о г р о м ного 1<олич ества энерги и .
В о бщем уда стся , н аконец, дел ать т о , ч т о дав ным-давно
у м е е т дел ать п р и р од а . Как известно, в нашем организме не
создаются сверхвысокие давл ения, н е подн и м а ется, как п ра­
в и л о , выше 36,6 гр адуса т емпер атур а , а р е акции идут очень
сложные и достаточно быстро. Это потому, что великий хи­
мик - п р и рода подо б р а л а соответствующие катали з атор ы.
Мы и х н аз ы в а е м ф е р м е н т а м и .
Но гл авное - н еизме р имо р асширится к р у г доступных
хи м ических превр ащен и й . Н а йдут спрос в еществ а , от которых
ныне н е з н ают, как йзбав иться. Н а ступит пор а полного хи ­
мич еского господств а н а д в еществ ом. Л юди поз абудут сам о
с л о в о «отбросы». Так же к а к в п р и р оде существует круго­
в о рот азота, в од ы , в о «втор ой п р и роде» будет круговор от
веществ , бесконечно пере р а б атыв аемых и никогда н е в ы б р а ­
с ы в а е м ы х . Л юдя м станут доступны любые месторожден ия.
П е р ед н и м и откроет с в о и бо гатства океан. Из морской в оды
с п о мощью специ ально подо б р анных групповых и специф и ­
чески действующих катализаторов химики н а чнут выкачивать
все содержащи еся там элементы и и х соединения.
А м ожет быть, этого и н е понадобится . В л а дея в совер­
ш е н стве тео р и ей строения веществ а , им е я с трогие количест­
венные х а р а ктери стики р азличных ти пов х и мических свя з ей,
использ уя з акон ы катализ а , да еще призвав на помощь мо­
гучие силы ядер ной бомб ардировки, человек будет творить
х и мические соеди нения и даже элементы. Химико-физики и
физико-хим ики будут кро ить м атер и ю уверенной р укой, со­
з идая то, что трудно отыскать и невыгодно добыв ать в недр а х
земли.
А к а к и е м атер и алы появятся в р езультате э т и х вполне
предв иди мых и р е альных достижен ий н а уки, предсказать
т р удно. В едь даже то , ч то синтезир о в ан о в н астоящее время,
сильно исчерпыв ает человеческую ф антазию.
34

Пр е д с к а з а т ь
трудно. Но если не
отм а хив аться от того, что сегодня к а ­
ф антастич­
жется
ным, то все уди в и ­
тельные достижен ия
неорганической хи­
мии представляются
лишь как предысто­
рия к свершен и я м
будущего.
Мы гов ор и л и о
привил еги р ов а н н ы х
условиях, созданных
н а Земле стихий ны­
n Е Р Е Д ? Т И.М С О К> З О М
м и сил а м и п р ироды
l{E УС Т О ЯТ ТА Й Н Ы Л Р КРОДЫ .�
дл я одного элемен­
та - угл е рода и е г о соединений. Окружающий мир всем
свои м великолепием демонстрирует, на ч т о способен один
лишь «1п1 р пичик» в селенной , когда попадает в р одную ему
среду. Он строит. Б ез устал и , с а м озабвенно, совершенствуя
с вое ма стерств о , н акапл и в а я опыт.
Но ведь «ки рпичиков» больше сотн и. Ср еди них есть близ­
ки е к угл ероду по своей структуре и внешним п р о я в л е н и я м .
Н и ч т о не м е ш а е т пр едположить п р и н ци п и а л ьную в о з мож­
ность искусственно создать услов и я , в котор ы х н е угле р од,
а другой какой-то элемент, другие к а кие-то соеди н е н и я 01< а ­
жутся в соответствующих привилеги р о в а н н ы х усл овиях. До­
пусти м, кремний, гер м анйй, олово или сер а . . . Или а л ю м и н и й ,
бор , фтор . . . И тогда д у х з а х в аты в а ет от одн ой л и ш ь мысл и :
оживет мертвый м и р , м и р неорганики. Б ы т ь может, это
сдел ает человек не на З е мл е, а на каких-то других планетах.
Быть может, таким путем станут созд а в а ться и сами небесные
тел а . Н аконец, н е искл ючено, ч т о необходимые условия д л я
«Оживления» того или иного представителя т а б л и цы Менде­
леева человек о б н аружит, ветупив на неведомую пл а н ету все­
л енной, где иные, ч е м н а Земле, а т мосфе р а , почв а , и н ы е
р астения и животные.
Нет пр едел ов чел овеческому дерз а нию. И неорганическ ая
химия - б л а года р н а я д л я дер з а н и й почв а .

1

КАРТА
С ТР АНЫ
ЗП Е М Е Н ТО В

В строгом порядке по периодам и гр уп п а м , по рядам
и подгрупп а м р асположи л и с ь обит ател и этой «стр а н ы » . С е м ь
пери одов, десять рядов, девять групп. .Колонки л атинских
букв - символов элементов. Золото, серебро, плати н а , ур ан,
р адий . . . Н а стоящий «остров сокровищ» !
Перед н а м и периодическая систе м а э л е ментов Дмитр и я
И в а н о в и ч а Мендел е е в а - к а р т а вел и кой Стр а н ы эле­
ментов.
Право н азыв ать ее к а ртой дает т а г р о м ад ная роль, кото­
рую игр а ет п ер и одическая систе м а в н ауке воо бще и особенно
в химии. Современная хи м и я н е м ы сли м а без нее, потому что
таблица эле ментов - итог н акопленных з н аний и план н а
будущее , повседневное руководство к действ ию и компас,
указыва ющий еди н ственно верное напр авление н а всем пути
р азвити я хи м и и . Нет, т олько с к а ртой можно сравнить ее.
Н о карта точ н о укажет, куда идти, и н и чего не скажет, н а ­
п р и м е р , о хар актере жител ей стр аны. В с ю глубину п ериоди­
ч еской систе мы нельзя передать НИJ{аким с р авнением. Если
это и J{ арта , то «говоряща я » . Она п компас и путев одител ь,
в месте взяты е !
ПЕРВО Е ЗНАКОМСТВО С КАРТОА

Подобно тому к а к н а географической карте мы прочитае м
множество и м е н первооткрыв ателей, т а к и в периодической
систе м е увековечены в н азваниях элементов имена в елич ай-

36

ших ученых, без открытий кото р ы х н е м ы сл и м п р огресс со­
временной н а уки. Это Пьер и Мария Кюр и , Альберт Эйн­
штейн, Энрико Ф е р м и и Дмитрий 1"1ендел еев. И м я великого
русского учен о го з а н и м ает особо почетн о е м е сто в этом ряду
кори феев н ауки. Его и м я н осит не только 1 0 1 - й элемент, но
и вся периодическая система, создател е м кото р о й он был.
И м е нно этому человеку обязаны м ы тем, что наше путешест­
вие в Стр ану элементов не будет путешеств и е м с з ав я з а н н ы ми
гл а з а м и . И можно быть уверенн ы м : периодическая систем а
никогда н е подв едет н а с , и б о о н а покоится н а кр епко м фун­
даменте. В ее основ а н и и лежит открытый Мендел еевым
великий з акон п р и р оды.
Н о к а к ая же разница между п е р и одическим законом и
пер и одической системой Мендел еев а? Т а же, что и между
земным ш а р о м со всем многообразием его р ел ьеф а , ф л о р ы и
фауны, с одной сто р о н ы , и отр а жением всего этого н а гл обусе,
в атл асе и л и н а карте - с другой. Ясно, что гл обус - очень
прибли зител ь н а я модель земного ш а р а .
Так и периодическая си сте м а . О н а может б о л е е и л и менее
точно выр ажать сущность периодического з а кон а . Она м ожет
меняться по ф о р ме. Элементы можно р аспол а г ать веером и
по спи р а л и , концентрич ески ми круг а ми или «вол н ам и » , мож­
но придумать м а ссу в а р и антов периодической систе м ы , н о
нельзя и з менить ее основы - периодического з ако н а .
И т а к , перед н а м и п е р иодическая систе м а . Л ю бой химик
уверенно ориенти р уется в Стране элементов, глядя н а е е
карту. Вся левая и вся нижняя ч а сть таблицы - это металлы,
причем стоящий в левом н и жнем углу ф р анций - « с а м ы й
,\ll е талличный», с а м ы й активный из н и х . В п р ав о м верхнем
углу р а сположился фтор - царь неметал л ов, а ц а рство и х
п р а вая верхняя ч а сть т а блицы. С р азу видн о , что металл ов
значител ьно больше. Есть в с истем е и элементы, сочета ю щие
в себе сво йств а к а к металлов , т а к и неметаллов. О н и р а с­
положены в середине таблицы.
Глубокий с м ы сл и м еет н о м е р груп п ы : он ук азывает в ы с­
шую в озможную в алентность дл я эл ементов к а ждой группы.
С а м ы е легкие, и меющие н изкий удельный вес металлы литий, н ат р и й и и х ближайшие соседи ; с а м ы й тяжел ы й м е ­
талл - осмий, р асположенный в п ротивоположном углу
таб.J] и цы. Н а и б олее схожи между собой эл ементы, р а споло­
жен ные в одной группе и особенно в одной подгр уппе. Н а п ри -­

37

ме р , п ом ещающиеся в одной подгр у п п е второй гр упп ы перио­
дической системы щелочноземельные металлы к альций,
стро нций , б а р и й и р адий н а стоJ1ько похожи друг на друга, что
мо жн о без особого труда охар актеризов ать любой и з них,
хорошо зная химические св ойств а как о го-ни будь одного и
умея пользов аться периодической системой.
Н о это, р азумеется, н е о з н ачает, что умение пользов аться
п е р и одической системой изб авляет нас от детального изуче­
ния к а ждого элемента. Н ет, конечно. В едь любой из них обл а­
дает м н ожеств ом свойств, х а р а ктерных т олько д л я н е г о одного.
Каждый школьник з н а ет, что с п о м о щью периодической
систе м ы можно о х а р а�перизов ать любой элемент. Одн ако не
всегд а это легко сдел ать.
Как р а ссказ ать о свойств ах элемента, если, н ап р и м е р ,
водо р од з а н и м ает в таблице дв а м е с т а ( его можно поставить
и в группу щелочных металлов и в группу галоген о в ) и , н а ­
обор от, с р а з у 1 4 элементов-л антаноидов теснятся в одной­
единств енной клеточке лантана? Чем о бъяснить необычный
вид восьмой группы? А с другой стороны, ка кое «волшебство»
позволяет химикам п р едсказ ать, что будет особенно т рудно
отделить цирконий от гафния, а н и обий от танта л а ?
Н а все э т и и м н ожество други х вопросов н е л ь з я ответить
до тех п о р , пока не ясно, на чем основ а н столь стр огий по­
рядок в м и р е элементов, отражени е м кото р о го является пе­
р и одическая систем а . Други ми слов а ми , н а м необходи м о
в ы я снить, в чем п р и ч и н а пери одичности и з м енения свой:ств
элементов. На этот вопрос м ы и поста р а емся ответить.

РОЖДЕНИЕ ВЕЛН К оr о

Зд КОНд

ПРИРОДЫ

П р едставим себе, что должен был ч увствов ать химик
первой половины X I X в е к а , оказавшись лицом к л ицу с мо рем
н аучных ф актов. Естественно прежде всего попыт аться при­
вести эти ф акты в систему. В противном случ ае з ан и м аться
химией было б ы так же трудно, как, скажем, пользов аться
огр о м н ы м слов а р е м , в кото р о м слов а р а сположены н е r ю
ал ф а в иту, а в полном беспо р ядке.
Если м ы з а гл я н е м в старые книги по х и м и и , то увид и м ,
что каждый у ч е н ы й строил такую систему, к а к хотел. Одно му
казалось п р авильн ы м б р ать з а основу н екоторые физ ические
свойств а элементов ( теплопро водность, удел ь ны й: вес, твер­
дость ) . Другие пытались р а сположить элементы в оди н не­
прерывный ряд, р уководствуясь при этом вел и ч и н о й и з н а ком
з аряда, обна ружи в а емого при электрохи мических о п ы т а х.
И так далее. Короче гов о р я , J{ аждый ста ралс я н а йти то един­
ственное свойство, о п и р а я с ь на которое можно было бы при­
вести в порядок н а копленные знания. Но химия н е жел а л а
вмещаться в прокрустово л о ж е бесчисленных и скусстве н н ы х
систем , так как н и одн а из н и х н е могл а охв атить в с е г о мно­
гсюбр азия вз а и моотношени й между элемент а м и .
Менделеев и поставил перед с о б о й з ад ачу н а йт и , н а коне ц ,
то свойство элемента , кото р о е бы тесней ш и м о б р азом было
связано со всеми остал ь н ы м и и тем самым м о гл о послужнть
основой естественной системы элементов.
Долгие годы, п р едшеств овавшие откр ытию периодического
з акон а, ученый з а н и м ал с я этим вопросом и , н а кон ец, п р и ш ел
J{ в ыводу: свойств а химических элем ентов должны опреде­
ляться и х м ассой, ато м н ы м весом. Но как? К а к о м у з а кону
должна подчиняться эта з ависимость? В едь сказ ать, н а п ри­
м е р , что объем и давление газов - ве.11 и ч и н ы в з а и мосвяз ан­
ные, значит сказ ать очень м ало. Д р уго е де{! о , есл и мы
скажем, что они связаны ( п о з а кону Бойля - М а р и отта } об­
р атной за в исимостью. Мало утвер ждать, что з ависимость
существует. В ажно н а й т и , п о какому з акон у химические свой­
ств а связаны с атомным весом.
Мендел еев п р ежде всего сгруппировал элем енты по п р и­
з н аку и х химического сходств а. Получилось 19 групп. Не­
которые и з этих групп состояли только из 2 элементов, др у39

rие - из 3 и 4. В группе щелочных металлов оказ алось
5 элементов.
З атем группы были помещены р ядо м друг с другом , и
в каждой из н и х элементы р а сположены в порядке возраста­
ния атомных весов. Получившаяся картина была не новой.
Сходные п о химич ески м свойств а м группы элементов были
известны давно. Теперь з а д а ча з а ключ а л а с ь в том, чтобы най­
т и связь м ежду н есходным и групп а м и . И в о т тут-то, меняя
м е ста м и уже цел ые группы, р азмещая и х так, чтобы рядом
оказывались несходные элементы с бл изкими атомными ве­
с а м и , Менделеев, н а конец, н ашел , что искал. Получилась та
с а м ая к а р ти н а , которую мы видим на цветной вклейке.
Отсюда я с н о : свойст в а эле менто в, р асположенных в по­
рядке возрастания атомны х весов, повторяются через опре­
деленные интервалы, п ериоды.
«Свойств а элементов н аходятся в периодической з а виси­
м о сти от величины и х атомных весов», - так с ф о р м улировал
Мендел еев вновь открытый закон природы. Днем рождения
пери одического з акон а м ы счит аем l м а рт а 1 869 года.
Одн ако может возникнуть воп рос: неужел и до Мендел еев а
никто н е з а м етил, что существует связь между атомным
весом и химическими свойств а м и ? В том-то и дел о , что
з а м еч а л и . И даже многие. Доберейнер - в Гер м ании,
де Ш ан куртуа - во Ф р а н ции, Н ьюлендс - в Англии ... Из­
вестно более тр ехсот попыток создания кл а сс ификации х и ­
мических элементов , основ анной на этом при нципе. Ближе
в сех к цели был нем ецкий ученый Лотар Мейер. Почти одно­
в ременно с Мендел еевым он построил та бшщу, в общем
сходную с периодиче ской системой. Пр авда, опубл иковать
ее он решился несколько позже. Но Мейер в своих р а бот ах
повторил ошибку ученых, р а б оты которых п р едшествов али
ОТI(р ытию периодического з акон а . В н айденной з акономер ­
ности Мейер н е р азгл ядел глуб окого з а к о н а природы, он
считал свою т а блицу лишь удобным учебн ы м пособием и н е
отв ажился дел ать и з н е е далеко идущие выводы. Пон адобил­
ся гений Менделеев а , чтобы ув идеть з а н едостаточно ясной
еще закономерностью великий з акон природы. И не только
ув идеть, но и ср азу же поста вить его на служ бу науке.
Н а йдите в табл и це элемент бе риллий, В е. Им е нно с этим
металлом связ ано первое п р а ктическое п р именение периоди­
ческого з акон а , пер в а я трудность и первый триумф.
40

С ТР () ИЛ 'rA KYIO
ХАК' У11> Х О I Е Л • •

УЧЕНЫИ

e it r rtMY,

До 1 869 года бериллий считался трехв алентн ы м , и для
этого были все основания. В едь о н по своим химическим свой­
ств а м во многом п охож на алюминий. Как и алюми ний, он
не р е а ги рует с к он центр и р о в а нной азотной кислотой, н о легко
р а ств о р я ется в щел о ч а х с выделением водор од а . Гидроокись
бери л л и я , так же к а к и Al ( О Н ) 3 , а м ф отер н а ( пр оявляет и
щелочные и кислые свойств а ) , а потому дл я нее х а р актерны
соли т ип а алюмин атов - бериллаты и т. д.
Но если б е р и л л и й т р ехвалентен, то атомный вес его дол­
жен быть 1 3 ,5, так к а к эквив алент Ве р авен 4,5 ( атомный
вес р авен эквиваленту, у множенн о м у н а в а л ент ность) . В от
тут-то и нач ались трудности. И мея такой атомный вес, Ве
«не хотел» р азмещаться в п е р и одической системе.
П о м ещенный между угл е р одом и азотом ( к а к того требо­
в а л его атомный вес) , бериллий ср азу же н арушал з а коно­
мер ное изменение свойств элементов, опрове р г а я тем с а м ы м
периодический з акон.
Но Менделеев дум ал ин аче. О н был уверен, что н а йден­
н ая з а кономерность н е может быть случ айн остью. Откр ыт
з акон при роды, и , следов ательно, ф а кты должны обяз атель н о
подтверд ить его. Что же к а с а ется бе риллия , то тут Менделеев
был уверен : атом н ы й вес этого элемента опр еделе н н евер но.
В одно й полуз а б ытой р а боте русского химик а Авдеев а
Менделеев н а ходит упоми н ание о том , что окись гл ицини я
41

(так р аньше н аз ы в али берилл и й ) похожа по с в о и м свойств а м
н а 01<ись м а гн и я .
Основываясь н а это м , Менделеев п р идает 01<иси бериллия
фор мулу ВеО и помещает его во вторую группу, в месте
с двухв алентн ы м и щел очноз е м ельным и метал л а м и , соответст­
венно исправив его атомный вес. Он получ ает его р ав н ы м 9
(4 , 5 Х 2=9 ) .
Многие ученые высказались п ротив та кого , к ак и м каза­
.11 ось, «п роизвольного» и з менени я м ногокр атно пр оверенной
вел ичины , но пр ошло несколько лет, и гл авный противник
.Мендел еева Н ильсон получил неопровержимое доказ атель­
ство того, что атомный вес бер иллия действительно 9.
Т а к было положено н а ч ал о уточнению свойств эл ементов
яа основе периодического з а к о н а .
В след з а ато мным весом б е р и л л и я Менделеев испр авл яет
атомные веса ур а н а , тор и я , инди я , иттр и я , л а н т а н а , церия,
эрбия и дидим а ( в последствии о к а з а в шегося смесью пра зео­
ди м а и неоди м а ) .
Непрерывно совершенствуя свою с и стему, Менделеев уже
в 1 87 1 году дал ф о р м у таблицы, близкую к н а ш е й современ­
ной. И в том же 1 87 1 году появил ась статья Менделеев а ,
в ]{Оторой он подр обнейшим о б р а з о м описывал сво йств а трех
еще не открытых элементов. Он н а з в а л их экасилицием (то
есть «подобный кремнию» ) , эка бором и экаа л юм и н и е м .
«Реш аюсь сдел ать это р ади того , - писал ученый, чтобы хотя со временем, когда будет откр ыто одно из этих
п редсказы ваемых мною тел , и м еть в о з м ожность оконч атеJ1ь­
но увериться с а мому и уверить других химиков в спр авед­
J шв о сти тех п редположений, которые лежат в основании
предл а г а ем о й мною систем ы» .
Когда Л . М ей ер п роч е л э т у стать ю , он воскликнул : « D a s
ist s c h o n zu viel ! ( Это уж слишко м ! ) П е р и одическа я з а кон1-юсть н едостато�н о ясна и док а з а н а , что б ы я р ешился н а
нечто подобное».
Но в р е м я показало, ч т о п р а в б ыл р у сский химик. Прошло
�; етыре года. И вот в 1 875 году пришло изв естие из Ф р а н ции.
Молодой ученый-спектроскопист Лекок де Буабодр ан откр ыл
новый эле мент, в кото р о м весь м и р ср азу же узн ал пред­
сказанный Менделеевым э к а а л ю м и н и й . «Новорожденному»
дали :и м я галлий. Все свойст в а галлия в точности сов п ад а ли
со св ойств а м и э:каалюминия. Впрочем, нет, н е все. Удельны й
42

вес га лл и я был р авен 4,7 , в то
время как предсказыв алось 5,9.
Но Менделеев н аст а и в а ет на
своем и пр осит повторить опы­
ты. Весь н аучный мир с огр о м ­
ны м в н и м а н и е м следит з а эти м
невер оятн ым спор о м . Де Б у а ­
бодр а н повтор яет опыты и объ�
являет, что п р а в р усский уче­
ный, никогда н е видевший гал ­
лия в гл аз а !
А пророчеств а п р одолжали
сбываться. В 1 879 году швед­
ски м учен ы м Л. Нильсоном
был открыт скандий ( экабор ) . И в 1 886 году н е м е цк и й хи­
м и к Клем енс В и н клер получ ает экасилиций - гер м ан и й.
Вот как описыв ает сотр удн ик Менделее в а , известн ы й рус­
ский х и м и к В . Е. Тищенко, мом ент, когда известие об это м
откр ытии дошло до Петер бурга :
«Как-то утр ом Д. И . при ходит I< н а м в Бутлеровскую л а­
бораторию с новой книгой « B erichte» * в р уках, взволнов а н ­
ный, р адостный, и г о в о р и т , что « Кл. Винклер откр ыл н о в ы й
элемент, гер м ан и й, и помещает е г о в пятую группу, потому
что он обр азует сульфосоль. Только нет, о н оши б а ется, гер­
манию место н е в пятой, а в четв ертой группе, это экасили ­
ци й. Я сейч ас буду пис ать В и н клеру». И В и н кл ер пр и з н ал
свою ошибку.
О Менделееве з аговорил весь мир. Н и кто н е смел теперь
сомнев аться в справедл ивости периодического з акон а . И Мен­
делеев дает ему оконч ательную фор мулировку : «Сво йств а
простых тел, также ф о р м ы и свойств а соединений элементов
н аходятся в п е р и одической з авис имости от величины атомных
в есов элементов ».
Но п р ирода никогда н е открывает человеку своих з акон о в
в ч исто м в и д е . Нужн а большая я сность ума , огр о м н а я ве ра,
чтоб ы не дать сбить се бя кажущимися противоречия м и.
Нужн о суметь отличить существенное от второстепенного и
не р астеряться в потоке н овых откр ытий, каждое и з котор ы х.
кажется, на чисто опроверга ет все сделанное р аньше.
*

)i\урнал

немецкого хим11<1еского общества.

43

И м е н н о эти I< ач еств а с1<оро п отребовались от Дмитр и я
И в а нович а Мендел еев а, когда н а периодический з акон обру­
шились великие испытания.
« П О ДВО Д Н Ы Е КАМНИ" ПЕРИОДИЧ Е СКОЙ СИ СТЕМЫ

Н а ч алось с того, что в 1 894 году английскими учен ы м и
Рэлеем и Р а м з а е м б ы л открыт н о в ы й элемент с н астолько
необычными свойств а м и , что химики в н ач ал е даже отк а з ы ­
вались п р и з н а вать его. Э т о был г а з , с о в е р ш е н н о неспосо бный
к каким-либо химичес1шм реакци я м . Н о в ы й э л е м е н т н азвали
а р гоном ( «недеятельным», «ленивы м » ) .
П р отивники периодического з а к о н а ( а их все еще был о
довольно много, и среди них такой крупный химик, к а к
Оств альд) вос прянули духом . И н е без о с н о в а н и й . Пер и оди ­
ческий закон, каз алось, не д а в а л возможности п р едвидеть
существ ова н и е элементов со столь н е о б ы ч н ы м и свойств а ми .
Аргону не н аходилось места в периодической с и с т е м е . С а м
Менделеев склонен б ы л считать а р г о н модификацией азо­
та , N3 ( подо бно кисл о р оду и озону) . Н о положение осложни­
лось еще более, когда через год откр ыли вто р о й инертный
газ - гелий.
Теперь у ж е стало трудно с о м н ев аться в то м , что сто л ь
необычные элементы действительно существуют в природе.
Нужно было п р и з н ать их и тем с а м ы м отвергнуть периоди­
ческий: закон, поскольку о н пришел в противор ечие с ф а к ­
тами.
А т а к л и э т о ? Действительно л и пер иодический з акон не
д.ав а л осно в а н и й п р едпол агать существ о в а н и е ине ртн ы х
газов?
З адолго до откр ыти я Рэлея и Р а м з а я дв а человека были
твердо уверены, что в периодической системе долж н а быть
еще одн а , о с о б а я , нул е в а я гр уппа э л ементо в . Эти двое
были узники Алексеевского р авел и н а Ш л и ссельбургской I<р е­
пости , р еволюционеры-народовольцы Морозов и Лукашевич.
Еще в 1 883 году, р а ссм атр и в а я пери одично сть в стр оении и
свойс'Fв ах органических соединений, о ни по аналоги и с систе­
мой Мендел еева построили период и ческую систему углево­
дородн ых р адикалов и пришли к выводу, что подобно тому,
как каждый ряд углеводор одных р адикал о в заканчив ается
нейтр альной молекулой ти п а мета н а , э т а н а , п р о п а н а и т. д. ,

так и каждый период
системы
Менделеева
должен заканчив аться
недеятельным элемен­
том. Догадк а поистине
гениальн а я , но мир уз­
н а л о ней лишь много
лет спустя, после того
как проблема и н ерт­
ных газов была реше­
н а . И р еш ил ее Р а мз а й
пр и П О М О ЩИ и н а осно­
ве
периодического з а ­
ко н а .
Р ам з а й ,
откр ытие
которого
покол ебало
веру в периодический з акон, сам н и ско.11ько н е сом н е в ался
в его пр авильности. Более того, «по при меру . . . учителя Мен­
делеев а » Р а м з а й з а я в и л : «Между гелие м и аргоном сущест­
вует элемент с атомным весом 20, недеятельный, как эти два
газ а : новый элемент должен и м еть хар акте р н ы й с п ектр и
менее л егко сгущаться, чем а ргон. Можно было бы т акже
предсказ ать существов а ни е двух а н а логичных га з ообр азных
э ле ментов, и меющих ато мные веса 82 и 1 29 » .
И когда п р едск а з а н н ы е газы б ы л и вскоре открыты ( кр и п­
тон, неон и ксенон ) , ср азу стало я с н о , что м есто для н и х
в системе есть. Р а м з а й п редложил Менделееву обр азов ать из
вновь откр ытых элементов отдельную группу, и Менделеев
сразу согласился, так как это н е только не п ротиворечило
периодическому з а кону , а , н а о б о рот, явилось логическим з а ­
вершением системы и подтверждением п р а в и л ьности з а к о н а .
Так Gткрытие инертных газов, в место т о г о чтобы поколе­
б ать з ако н, стало одн и м из гл авных доказ ательств его спр а ­
ведл ивости. Допол н е н н а я новой ( нул ево й ) гр уппой, пер иоди­
ческая систем а приобрела еще большую стройность.
Каз алось, что дни потр я сений для пер иодического з акон а
безвозвр атно миновали. Осталось л ишь ждать откр ытия н о ­
вых элеме нтов, появлен ие которых вряд л и могло з атронуть
ст ройность периодической системы и суть периодического
з а ко н а.
45

И действительно, откр ытия не з а ст а в ил и себя ждать , но".
странное дел о ! «Пришельцы» н е жел а л и з а н и м ать свободные
места, которых в т а б л и це было еще вполне достаточно,
а упорно пр етендов а л и на уже занятые, потому что вновь
откр ытые элементы как две капли в оды были похожи по
своим свойств а м друг н а друга и н а уже известные так назы­
ваемые редкоземельные металлы : л антан, иттри й , цер ий,
эрбий.
С проблемой р едких з е м ель Менделеев столкнулся еще
в 1 869 году, когда составлял первый в а р и ант периодической
систе мы. В то время химики не сомневались в том, что л а н ­
тан, цер ий, иттрий, э р б и й и дидим явл яются двухв алентн ы м и
м еталл а м и; к р о м е того, атомные в е с а их б ы л и очень з а н и ­
же ны. Твердо у в е р е н н ы й в спр аведл ивости периодического
з а к о н а , Мендел еев предположил трехвалентность иттр и я , л а н ­
т а н а и э р б и я и поместил их в третью гр уппу, соответственио
из менив атомные веса. Церий был пом ещен в четвертую груп­
пу , поскольку пр оявлял в некотор ы х соединениях валент­
н ость 4 + . Дидим Менделеев поместил в пятую группу и, не
ув ер е н н ый в з аконности этого, поставил р ядом з н а к вопроса.
Т а к р а з местились в систе ме пять элем ентов. До поры до вре­
м е н и это не встреч ало особых возр ажений.
Но затем число вновь открытых р едких земель стало
кат а строфически увеличив аться . Из р азных стр ан н а ч а л и по­
ступ ать сведен и я об открытиях все новых и новых р едко­
зем ельны х элементов. О то м , чтобы р а з м е стить все их
в пе р иодической системе, н е могло быть и р ечи : за пер иод
1 879- 1 906 годов их появилось около ста ! Пр авда, потом в ы ­
я с н и л о с ь , ч т о больш инство этих открытий л о ж н о , н о все же
к 1 906 году ученые твердо установили, что 13 р едкоземельных
элементов действител ьно существуют. Это подтверждалось
многокр атн ы м и , тщатель ными и бесп р и стр астными исследо­
в а н и я м и . Но н и кто не мог с уверенностью сказ ать, сколько
же должно быть этих элементов -близнецов' и как н айти им
м есто в периодической с истеме. А поскольку периодический
закон н е мог ответить н а эти вопросы, то вновь возникл о сом­
нение в его с п р аведливости .
Менделеев ждал решения з а гадки от своего друг а , чеш­
ского ученого Богусл а в а Б р аунер а , кото рый давно уже р або­
тал над этой проблемой.
46

Б р аунер был одн и м из тех ученых,
кто ср азу и до конца повер и л в перио­
дический з акон. Всю свою ж и з н ь он
посвятил х и м и и р едких земель, и пото­
му не удивительно, что и менно он
ближе всех rtодошел к р а згадке тайны
р едкоземел ьных
элементов,
когда
п р едл агал в ыдел ить и х в совер шенно
отдельную группу и пом естить в одной
большой клеточке периодической си­
стемы. Но это была только догадк а,
н е подтвержде н на я н и к а к и м и ф акт а­
м и . Кризис продолжался. И даже
углубился после того , как к списку
проблем, еще не р ешенных периодиче­
ским з аконом, д об а вил ась з а гадI( а
р адио а ктивных элементов.
Было время, когда н е понятное яв­
ление - р адиоактивность - казалось
легким обл ачком , ом р а ч а в ш и м ясный небосв од химии и фи­
н ач а л у ХХ века выдающих­
зики, добившихся к концу X I X
с я успехов. Но в р е м я шло, и облачко пр евр атилось в огр ом­
ную тучу, з а к р ывшую в се н е бо. И только тут стало ясно, что
человек косну л е я одн о й из самых сокр овенных тайн п р и р о­
ды , з аг адка кото рой р азрушит все п р ежние пр едставления
о строении веществ а и в то же вре м я даст основу для истин­
но н аучного з н а н и я . Итак, что же это з а новая з агадка?
Явление р адио активности было открыто в 1 896 году, когда
обн аружилось, что у р а н, с а мы й тяжелый и з всех известных
в то в ре м я эле менто в, о б л адает удивительной способ ностью
испускать особые, н ев иди м ы е л уч и . Н есколько позже выясни­
лось, что точно т а к и м ж е свойством обл адают вновь откр ытый
эле мент акти н и й и давно известны й торий. З атем в 1 898 году
из ур а новой руды были выдел ены дв а элемента, р адиоактив­
н ость которых была во много р а з сильнее, ч е м у ур а н а . Это
были р адий и полоний. Одн ако потом число р адио а ктивны х
элементов вы росло н а стол ько, что н екоторые и з н и х стали
н а з ы в ать просто букв а м и л атин ского алфавита с п р и б а вл е ­
нием н а з в а н и я эле м е н т а , и з котор ого о н и бьш и получе н ы.
Н апример, р адий А, торий В , ур ан Z, акти н и й Х и т. п.
Ч исло вновь откр ытых р ади оа ктивных элементов продол -

47

жало р асти, а места дл я них, к а к и дл я р едкоземельных эл е­
м ентов, в период и ч еской системе н е было. А тут еще выясни ­
лось, что м ногие из них по своим х имическим свойств а м со­
вершенно . а н алоги чны уже известным элемента м . Так, р адио­
активные ур а н -икс-пер вый ( U XI ) , ионпй:, р адиотор ий, у р а н ­
игре1< ( UY) и р адиоакт и н и й о б л а д а л и теми ж е свойст в а м и,
что и торий. Следо вательн о , о н и все и м е л и полное п р аво н а хо­
диться в одной кл еточке периодической системы. Мезото р и й ­
пер в ы й (MsTh l ) , тор и й-икс ( ThX) и актиний-ик с (АсХ ) пре­
rендовали на «жилплощадь» р адия. П р и ч е м если р едкозе­
мел ьные эл еме нты уда в алось все же отделить д р уг от друга,
то отделить, н апример , торий-икс о т р адия и л и тор и й от и о ­
ния п р и пом ощи химических опер аций б ы л о н евозможно.
В клеточк ах периодической систем ы ста н овилось тесно­
в ато. Ну, положим, поместить и х в одн у клеточку можно, но
и а к же быть с ато м н ы м и весами? В ы ходит, тогда нужно
пр и м и риться с ф акто м , что н екоторые эле менты с р аз н ы м и
ато м н ы м и в е с а м и поп адут в одну клеточку, а с оди н аков ы м и
атомными в е с а м и - в р а зные. Это л и н е опровержение пе­
р и одического з акон а?
В спомнилось, кстати, несоответстви е между ато м н ы м ве­
сом и положением в периодической системе таких элементов,
как калий, К, и аргон, Аг; кобальт, Со, и никель, N i ; йод J, и
теллур , Те . О б р атите в н и м а н и е : в пер иодической системе бо­
лее тяжелые А1-, Со I I Те пр едшествуют легки м К, Ni и J, ког­
да, к а з алось бы, доJ1жно быть н аоб орот. И если р аньше ыож­
но было дум ать, что атомные веса этих элементов определены
неверно , то теперь на это н е приходилось р а ссчитывать.
К 1 906 году многочислен ным и исследо в а н и я м и было твердо
устан овлено, что К л егче Аг, Ni л егче Со, а J л е гче Те.
Так снов а , I< ак пр ежде, встал вопрос: верен л и периоди­
ческий з акон, и если все-таки да, то что является основой пе­
р иодического изменения свойств э л е м ентов?
Ясно было одно - атомный вес больше не может служить
стр ого н ауч ной основой естественной системы элементов. И
и ме н н о тогд а , когда каз алось, что периодический з акон увяз
в неразрешимых противоречиях, последов а л а цепь блестя­
щих открытий, которые н е только подтвердили его правиль­
ность, но и сдел али неиз меримо большее - вскрыли и сти нную
причину периодичности , повтор яемости свойств х имических
элементов. Но это случилось дале1<0 н е ср азу, н е вдруг".
48

Ц ЕПЬ ВЕЛИ К ИХ ОТКРЫТИ Й

В 1 9 1 0 году английский: ученый Содди пришел к выводу,
что р адио а ктивные элементы , кото рые отл и ч а ются друг от
др уга по физическим свойств а м , но а б солютно по хожи по
химически м , - это р азновидности одного элемента. Содди
назвал их изото п а м и ( « ИЗО » - «од и н а ков ы й » , «топос» - « м е­
сто» ) . А когд а о к азалось, что изотопия х а р а ктер н а н е только
дл я р адио активных, но вообще дл я большинства эл ементов
период ич еской системы, м ногое сразу встало на свое м есто.
Пр ежде всего стало ясно, почему атом н ы й вес элем ентов,
как пр авило, в ы р ажается н е цел ы м ч и сл о м , а д р о б н ы м . В едь
в таком случ ае ато мный вес элемента есть ср еднее между ве­
с а м и составляющи х эл емент изото пов, и , з н ачит, вполне ве­
р о ятн о, что в н екоторых случ аях этот средний ато мный вес
может б ыть у пр едыдущего эле мента больше, чем у посJiе­
дующего . Т ак оно и произошло в случае йода и теллур а , ка­
лия и а р го н а , кобальта и н икеля.
«Пр едыдущи й » , «последующий». А какое, со бствен но ,
мы и меем п р аво употреблять теперь эти слов а? В едь м ы
только ч т о уз н ал и , ч т о а т о м н ы й вес ( а в едь м ы р а спол агали
элементы в пор ядке возр а ст а н и я атомного веса, вспомните ! )
становится довольно нен адежным I<ритерием в р ешении воп­
роса, какой же эл емент «пр едыдущий», а какой «последую­
щий » .
Что же в т а к о м случ ае б р ать з а основу п р и польз о в а н и и
пер иодической систе м о й: ? Н е порядковый же номер э.1 е мента!
Оказалось, именно пор ядковый: ном ер !
Вот теперь мы вплотную подошли к тому, как физика
помогл а р асши ф р о в ать с а мую большую тайну Ст р а н ы эле­
ментов - п р ичи н у периодич н о сти и х свойств.
В скоре после открытия явления р адиоактивности ученые
установили, что р адио а�пивное излучен и е н еодн ородно. О н о
состоит и з трех р азличных типов лучей, которые получили
название ал ь ф а - , бета- и г а м м а-лучей. Нас с е й ч а с будут ин ­
тересов ать только а л ь ф а -луч и , ибо именно и м п р и н адл ежит
решающая роль в той увл е к ательной истор и и , о которой пой­
дет речь.
АJ1 ь ф а-лучи п р едст авляют собой поток положительно за­
р яженных ч а стиц. В 1 9 1 2 году з а м еч атель н ы й а н глийский
физик Э. Резерфорд , и зуч а я и х свойст в а , о б н а р ужил л юбо49

пытное явление. Е сли н а пр авить пучок лучей н а тонкую ме­
таллическую фольгу, с к а ж е м алюминиевую или медную, и
сл едить з а поведением альфа-ч а стиц по свечению э кр а н а из
сер н и стого ци н к а , то можно з а м етить, что п р и п р охождении
через фольгу они и з м ен я ют н а п р ав.'I е н и е движе н и я. А некото­
рые даже отб р а сыв аются н а з ад. Р а з м ы шл я я н ад тем, какая
с и л а дей ствует на ч а стицы, Резерфорд п р и шел н следующе му
выводу.
П о - видимому, атом химического элемента устроен так,
что в центре его н аходится положительно з а р яженное ядро,
в котор о м сосредото чена почти вся м асса ато м а , а вокруг,
И а !{ п л а н еты вокруг Солнца, в р а щаются отр ицательно з а р я ­
жен н ы е электр оны. Поскольку а т о м в целом эл ектронейтр а­
л ен , то ч и сло отр и ц ательных з а р ядов ( ч и сло электр онов )
должно быть ч и сленно р авно з а р яду ядр а . Для альфа-части­
цы такой атом должен быть совершенно « прозр ачен», и толь­
ко положительно з а р яженное ядро должно действовать н а
пролетающую м и м о альф а-ч астицу. В отдельных, очень р ед­
ких случ аях, когд а она попадает п р я м о в ядр о, она отскаки­
в а ет н а з ад ( одн оименные з а р яды отталкив аются по з а кону
Кул о н а ) .
Основыва ясь н а этой гипотезе, Резер форд теор етически
р а ссчитал величину отклонения альф а - частицы в з ависи­
мости от з а р яда ядр а ато м а . Но если в ыведен н а я и м ф о р мул а
вер н а , т о возможно р ешение и обр атной з ада чи : з н а я откло­
нение, м ожно вычислить заряд ядр а .
З а проверку ф о р мул ы взялись сооте чественн ики Резер­
форда Гейгер и М арсден. Опытным путем они установили.
что ф ор м ул а спр а ведл и в а , и, пользуясь ею, в ы числили з а р я ­
д ы ядер атомов м еди, сер е б р а и п л атины. Э т и з а р яды оказ а­
л и сь р а в н ы ми соответс1 венно 29, 47 и 78 эле ментарны м ед и ­
н и ц а м з а р яда.
А теперь п осмотрите н а систему Мендел еев а , обр атите
в н и м а н и е на порядковые номер а м ед и, сер е б р а и платины .
Что это? Совпадение? Те же с а м ы е ч и сл а : 29, 47 и 78!
Н ет, это н е могло быть случ айность ю . И голл анд ский уче­
н ы й В ан -ден- Б р ук первый в ысказыв а ет сл едующее предполо­
жен и е : в е л и ч и н а з а р яда ядр а атома к аждого химического
элемента, и з м е р енн а я в элементарн ы х един и ц а х з аряда, р а в ­
н а ато м н о м у н о м еру, то есть порядковому н о м е р у элемента
в систе м е Менделеев а . Н аконец-то открыта и ст и н н а я основа
50

периодического закон а . Н е атомный вес, а з а ряд ядр а вот что должно указ ать место элемента в п е р и одической
системе.
Остав алось теперь и з м ер ить з а ряды яде р атомов всех из­
вестн ых элем ентов, чтобы этот в ывод стал бесспорной исти­
ной. Гипотезу нужно было превр атить в теорию.
Э т у р а боту Резерфорд поручил своему молодому сотруд­
нику Генри Мозли, и тот блестяще спр авился со своей з а да­
чей. К:ороткая жизнь та л а нтливого ученого ( через год Мозл и
поги б ) увенчалась исключител ьным по своей в а жн ости от­
крытием.
Если на пути летящих электронов поместить п р е г р аду из
к акого-н ибудь металла (она назыв ается « анти к атод» ) , то
возникает р ентгеновское излучение, в спектре котор ого, кро ­
м е многих других, б удут и л ин и и , х а р актерны е только для
веществ а антикатода. Это т а к н азываемые « х а р акте ристи­
ческие» л и н и и . Вот к систем атическому изучен и ю этих ха­
р а ктеристических л и н и й и п р и ступил Мозли, после того к а к
и м были изготовл е н ы антик атоды из большинств а э л е м ентов.
От этих опытов ждали многого. В едь если «пл а н ет а р н ая »
модель ато м а Резерфорда в е р н а , то п р и переходе от эл е мен­
та к элементу должн а последовательно м еняться и дл ин а
вол н ы х а р а ктер и стического рентгеновского излучен и я . А р аз
так, то, зная эту дли н у волны, можно определить п орядковый
номер элемента в си сте м е Менделеев а !
К: а к н и смелы были п р едположе н и я , а резул ьтаты пре­
взошли даже самые смелые ожид а н и я . Н а йд е н н а я з а кономер­
ность оказалась стол ь ясно в ы р аженной, соотношение между
длиной волны и порядков ы м номером элемента н а столько
простым, что сомнений больше не остав алось : получен с а м ы й
н адежный метод о п р еделе н и я м еста элемента в с и стеме М е н ­
делеева.
И сразу н а ч а л р ассеив аться тум а н , котор ы й долгие годы
скр ывал от ученых тайну р едкоземельных эл ементов.
П режде всего стало ясно, какие из р едкоземельных эле­
ментов существуют в п р и р оде р е ально, а какие - плод ф а н ­
т а з и и и л и р езультат о ш и б ки опытов. Только 1 3 т а к и х эле­
ментов получили « п р а в а г р а жданств а » . К:р о м е того, Мозл и
уверенно заявил , что в р ук а х исследователей нет элементов
с порядк овыми номер а м и 61 и 72 и, следов ательно, и х нужно
искать!
51

Но где искать? Что к а с ается б l -го элемента, то тут, каз а ·
лось, особых затруднений ждать не п р иходилось. Это будет
1 4- й л а нтаноид. Датский ф и з и к Ю. Том се н еще в 1 895 году.
Б. Б р аунер в 1 902 году п р едсказывали , что между неоди мом
и с а м а р и е м должен н а ходиться н еизвестный р едкоземельный
эле м ент. З н ачит, и и скать его н адо в тех же минер алах,
в котор ы х были н а йдены неодим и с а м арий * .
А где же искать э л е м е н т No 72?
Л ютеций - № 7 1 - т ипичный р едкоз емельный элемент,
№ 73 - тантал - уже н ет. Но каким элементом з аканчи­
в ается
груп п а л ант аноидов? Лютецием и л и неизвест­
н ы м № 72?
Ответить на этот вопрос смог великий датский ученый, фи­
зи к-теоретик Н ильс Б о р , В ыдвинутая им тео р и я составила
цеJ1ую э поху в н а уке о веществе.
Б ор н ачал, каз алось б ы , с незн ачительной п опр авки
к п л анет а р н ой м одели ато м а Резерфорда. О н п р едположил ,
что электроны в р а щаются н е по л ю б ы м , а по строго опреде­
л е н н ы м о р битам и на каждой орбите может н аходиться
только вполне о п р едел енное ч и сло электр он ов. Электрон 1\Ю­
жет пе р еходить с одной орбиты на другую, но п р и этом он
либо выдел я ет , либо поглощает строго определенную порцию
( кв ант) э н е р ги и . П оэтому спектр возбужден ного ато м а , сфо­
тогр а фи р ов а н н ы й в специальном п р и б о р е - спектроскопе,
им е ет не сплошной, а «полосатый» вид.
Дав объяснение таким спект р а м с помощь ю своей теории,
Бор пр ишел к в ыводу , что на первой от ядр а о рбите могут
8, н а тре­
н аходиться не более 2 электронов , н а второй
32, на пятой
50 и т. д. В ообще
тьей - 1 8, на ч етвертой
2п2 электронов, где п
пор ядковый номер ор биты ( в физи­
ке число п но сит н аз в а н и е «гл авного к в а нтового числ а » ) .
Те пе р ь дав айте посчит аем число элементов в к аждом пе­
риоде системы Менделее в а . В п е рвом п ериоде
2 элемента
( в одор од и гелий ) , во втором и тре т ьем
8', в четв ертом и
пятом - п о 1 8 , в шестом периоде - 32 элемента. Мы полу­
чили тот же р яд ч исеJ1 ! Ясно, что это не случайность. Число
элементов в пери оде отр аж ает последовательность з аполне­
ния электронных орбит. А р аз так, то, по-види мому, стано-

-

-

-

-

-

Кр оме того, Мозли, н аконец, р а зрешил давний с п о р о м естон а хожде ·
1( и Аг, Со и Ni, J и Т е, твердо установив, что пор ядковый
номер Со - 27, Ni - 28, Ar - 1 8, 1( - 1 9, Те - 52, а J - 53.
*

н и и в системе
52

витсн совершенно необходи м ы м , необычайно в аж н ы м з н ат ь,
как, в к акой последов ательности оно п р о и сходит. На это м
пути мы неизбежно должны п рийти к очень в аж н ы м вывода м .
Итак, с точки зрения теории Бо р а , у эле м ентов первого
п е риода периодической системы идет з аполнение первой ор­
биты. Поскольку на н ей могут р а сположиться только 2 эл ект­
рон а , то и элементов в первом периоде м о жет быть только
дв а . Во втором п е р и оде (n=2, идет з а полнение второй ор би­
т ы ) могут б ыть 8 элем ентов. Так оно и есть. Последний эле­
мент второго период а , неон, и м еет порядковый номер 1 0, и ,
зн ачит, число электронов у н его р а в н о десяти : 2 н а первой ор­
бите и 8 н а второй. Дал ее, в третьем п е риоде должно быть
уже 18 электронов, но и х всего 8, то есть тр етья орбита вмес­
то 18 возможных вмести л а только 8 электронов. Т а к происхо ­
дит потому, что В-электронная стр уктур а обл адает н а и боль­
ш ей устойчивостью, и поэтому тр етья орбита з аполняется
м а 1<си м ально возможным для нее количеств о м электронов
( 1 8 ) только в четвертом п е риоде, то есть когда она ста л а,
если можно т а к в ы р а зиться, «глубоки м тыло м » . Это явле­
н и е - з аполнение оболочек «с опозданием» - будет повто­
ряться и дальше, причем во в сех случ а я х это будет происхо­
дить только «под з а щитой» в н ешней оболочки, котор ая ,
в свою очередь, никогда не и меет больше восьми электронов.
Н а м осталось р а с смотреть пятый и ш е с т о й периоды,
( с едьмой период н е з а кончен ) . Р а сположение эл ектр онов по
о р б и т а м у и нертных газов , з а к а н чивающих эти п е риоды,
таково :
Ксенон - 2, 8, 1 8, 1 8, 8 .
Р а д о н - 2 , 8, 1 8, 32, 1 8, 8.
В шестом п е риоде электроны как б ы «всп о м и н а ют», что
н а четве ртой ор бите есть 14 « в а кантных» мест, и н а чи н а ю т и .х
з а п олнять. Т а к о б р а зова лось семейство л а н т а н оидов. 14 элект­
ронов - 14 элементов. Но ведь это зн ачит, что элемент
№ 71 - лютеций - последний редкоземельный элемент и ,
сл едов ательно, неизвестный элемент № 72 должен быть а н а ­
л огичен уже ци рконию и титану, р а сполож е н н ы м в сосед­
ней четв ертой группе. З н ачит, и искать его нужно в циркониЕ­
вы х и титановых рудах, а не ср еди редких земель.
В 1 9 23 году Костер и Хевеши о б н а р ужили элемент № 72.
Н айден он был в н о рвежской циркониевой р уде и назван гаф-

53

ние м. Теория Б о р а блестяще подтвердилась. Тучи над перио­
дически м з аконом р а звеялись. Причина пери одического из­
менения свойств стал а очевидной.

&ОЛЕЕ ПОД РО& НОЕ ЗН АКОМСТВО С КАРТОН

Д а в айте теперь еще р а з верне мся к п е риодической систе­
м е , но вернемся вооруженн ы е проверенной теорией и глубоко
уб е.жде нные в п р а вильности п е р и одического з акон а.
Ита�<, в цент р е ато м а р аспол а гается положительно заря­
женное ядро, заря д котор ого р авен порядковому номеру эле­
мента в периодической системе Менделеева. ВоI{руг ядр а
в р ащаются отр и ц ательно з а ряженные электроны. И х число
р авно з а р яду ядр а ( а следов ательно, порядковому номеру) .
Э л е ктр о н ы р а сположены н а ор битах, п ричем н а каждой м ак­
си м аль но может н аходиться только стр ого определ енное чис­
ло электр онов. Вот эти числ а : 2, 8, 1 8, 32 и т._ д.
П о -видимому, структуры и з такого числа эл ектр онов яв­
ляются н аиболее устойчивыми и особенно 2- и 8-электрон­
ные. И это действител ь н о так. В едь у и нертных газов н а
внешней ор бите такое количество электр о н о в : у гелия
2,
а у всех остальных - п о 8.
А теперь в ы я сн и м , как связаны химические свойств а
эл ем ентов со строением их атомов. В п е р в о м периоде н ахо­
дятся д в а э л е м ента : водород и гелий. У п ервого элемента,
в одор ода - з а р яд ядр а - единица и н а единственной орби­
те - один э л ектр он. У гелия появляется еще один электрон,
и на этом п е риод з аканчив ается.
У п е рвого элемента втор ого период а , л и ти я
пор ядковый
но м е р три, и три его электрона 2 а сполож е н ы н а двух орби­
т а х : дв а н а п е рвой и один н а второй. У бериллия появляется
четв ертый электрон. Но поскольку п е р в а я о рбита з а нята
полностью, то н овый электр он поместится н а второй орбите.
У бора н а второй орбите будут уже три электро н а , у углеро­
да - ч еты р е , у азота - пять и так до неона, у которого вто­
р ая ор бита уже з аполнена - н а ней восемь электронов.
Поэто му новый электрон, который появляется у следующего
з а н еоном н атр и я , должен поместиться на следующей, тр еть­
ей ор бите.
-

�

54

Li

Na

А МЫ.
'J'O!Щt
.
ОЧЕНЬ �,.......
..,
ll.ОХ ОЗКИ . с

Начи нается н о в ы й п е р и од. И в нем к артин а полн остью
повтор яется. У м агния, похож его по х и мическ им свойст
вам
н а берилл ий, будет дв а электр она н а внешн ей о р б ите. У
ана­
логов б о р а и а л ю м и н и я , углеро да и к р е м н и я , а з о т а и фосф
о­
р а , кислор ода и серы, фто р а и хло р а - у в сех на в н ешней
орбите по оди н а ковому числу электр онов ( н а п р и м е р , у фто­
ра и хло р а - по семи ) . Так вот, оказыв ается, в чем п р и чи
на
повто ряемос ти свойств химиче ских элемен то в ! О н а в сход­
стве строени я внешни х электр онных орбит.
Так , у щелочн ых металл ов лити я, н атрия, I{ ал и я , рубиди я,
цезия, ф р а н ция - у всех на в н ешней ор бите п о одному элект­
рону, а это зн ачит, что, в ступ а я в хи мич ескую р е акцию, их
атомы м о гут «опери ровать » только одн и м электр он о м,
а именно : отд а в ать его, стр е м ясь приобр ести та кую же устой­
чивую эл ектр онную о б олочку, как у инертны х газов.
В о вторую группу попада ют щелочн оземел ь н ы е металл ы.
У них п о дв а эле1пр он а н а внешне й орбите , и , следов атель­
но, отдава я их, они могут проявл ять в алентн ость 2+ ( т о есть
дв а положи тельны х з ар яда у них н е скомпе нси р о в а н ы ) и
т. д. В общем оказыв ается, что номер
группы периоди ческой
системы указыва ет в ысшую возмож ную в алентн ость элемен­
тов, стоящих в этой группе. Так , элемент ы седьмой группы
могут проявля ть в ал е нтность, р ав ную 7 + .
Н о почему м ы все в р е м я говори м только о б отдаче элект­
роно в ? В едь точно такую же устойч ивую структ уру,
55

п одобную структуре и нертного г а з а , элементы приобретут,
есл и п р и соединят к себе н едостающие до 8-электронной
структуры электроны. П р авильно. О н и т а к и дел ают, но
только там, где это «выгодно». l(онечно, м а гнию, н апример,
легче отдать свои два электр она, чем п рисоединить шесть,
а хлору, у которого на внешней орбите семь эл ектронов, до­
статочно приобр ести один электрон, и орбита «достроена».
По этой же причине стоящему в середине азоту п р а кти­
чески «все р авно», отдав ать и л и п р и н и м ать электроны. Ему
один аково выгодно и то и другое.
Так мы выяснили р аз ницу между метал л а ми и н е м етал­
л а м и с точки зрени я строения ато м а .
Мет а л л ы могут только отдав ать свои в алентные электро­
ны; н еметаллы , как п р авило, п р и нимают их. И з сказ анного
с а м о собой н ап р а ш и в а ется вывод, что количество металлов
и неметаллов в периодической систе м е должно быть прибли­
зитеJ1ьно один аково. Н о н е тут-то было! Оказывается , неме­
т аллов в периодической системе очень м ало. Они з а н и м ают
только н есколько клеточек в п р а в о м верхнем углу системы,
а все остальные з аполнены типичными мет а л л а м и !
В с е о б стояло бл агополуч но, пока м ы н е в ы ходили з а р а м ­
ки первых т р е х п е р и одов т а блицы Мендел еев а . Но в о т н а ч а ­
л о с ь з апол н ение ч етвертого период а . l(алий - один э лектрон
н а внешней, четвертой ор бите, к ал ьций - два электрона,
сканди й - дв а электрона. Титан и в а н адий - опять по два.
В чем дело? Почему, к а к только н а внешней о р бите р азме­
щаются дв а электрона , последующее з а полнение четвертой
о р биты п р екр аща ется, а к а ждый новый электрон р а з меща ет­
ся н а в нутренней, третьей о рбите? Почему вообще с таким
опозданием н а чи н ает з а полняться третья о р б и т а м а кс и м аль­
н о возможным д л я н е е числом элект ронов?
По-види м о м у , мешало сильное взаимное отталкивание
одноименно з а ряженных электронов. Это п ривело к тому, что
они н а ч а л и обр азовывать новую о р биту дальше от ядр а ,
вместо того что б ы «достр а и в ать» старую. Но вот н а новой
ор бите р аз м е стил ась ч р езвыч а й н о устой ч и в а я конфигур ация
и з двух эл ектронов. Н а столько устойчив а я , что вновь появ­
л я ющи м с я эл ектронам стало энергетически в ыгоднее «до­
с т ра и в ать» в нутреннюю, тр етью ор биту, тем более что тако й.
«з астройке» стал п омогать увеличившийся положительный
з а р яд ядр а атом а.

56

Впрочем, электроны внешней орбиты не совсем и гнориру­
ют пр ишельцев. Ти тан, н ап р и м е р , несмотря н а то, что и меет
на в нешней орбите в сего дв а электро н а , в химических р е ак­
циях проявляет в алентность 4+ ( к а к этого и треб ует номер
групп ы ) . Недостающие дв а электр о на он просто берет «взай­
мы» с третьей ор б иты. В ан адию, поскольку он р асположе н
в пятой группе, п р и ходится « з а н и м ать» уже три эл ектрона и
т. д. Подоб н а я картина н аблюд а ется во всех четных рядах.
У всех элементов ч етных рядов н а внешней орбите и м еется
по два электр о н а , а зто, как м ы видел и, п р из н ак 1\'r ет а л л и ч: ­
н ости .
Н о что же п р о и сходит после того, к а к в нутре нняя орбита
полн остью з а полнен а ? В четвертом периоде это н аступае т
у м еди и ци нка. Ну, тут уж дел ать нечего, и н а ш и м дву м
электр о н а м приходится потесниться. У сл едующего з а цин­
ком м ет а л л а га л л и я на внешней ор бите три электр о н а , у гер ­
м ания - четыре. А р а сположенные з а гер м ан и е м мышьяк ,
с е л с- н и бром уже оказ ы в а ются типичн ы м и неметал л а ми, т о
есть появляется з а кономе р ность и з м енения свойств такая ж е ,
как и в п редыдущих ( м алых) периодах. Так о б р азовалс я
первый большой период. В дальнейшем, при з аполнении сле­
дующих больших п ер и одов, к арти н а будет повторяться. С то й
л и ш ь р а з ницей, что в шестом пер и оде, после того как у б а р и я
появятся дв а электрона н а в н еш ней ор бите, дальнейшее з а ­
полнение пойдет сл едующим о б р а з о м . У лантана один элект­
рон р а з местится на п р едыдущей, п ятой орбите, а у л антанои­
дов н ачнется заполнение глубоко л ежащей четве ртой ор биты.
В от, оказыв ается, в чем п р и ч и н а пор азительного сходств а
э т и х элементов. В с а м о м дел е, единственный эл ектрон
с пятой орбиты «взять взаймы» н етрудно, но поп робуйте
добр аться до ч етвертой ор биты ! П оэтому и приходится ждать,
пока она не будет з аполнена целиком, а до тех пор доволь­
ств о в аться лишь тремя эл ектр о н а м и . Вот так и случилось,
что целых четыр н адцать элементов п роявляют одну в а лент­
ность 3 + и потому похожи друг н а друга по свои м х и м и­
ческим свойств а м , к а к близнецы .
Н о х и мическое сходство и л и р азличие элементов з а висит
н е только от строе ния электрон н ы х ор бит, но и от и х числ а .
В едь с каждой новой ор битой, с к аждым н о в ы м периодом
в р аз м е р ах. В р езультате эл ектроны
атом увеличив ается
последних орбит уже т а к далеко р асположены от притяги57

в а ющего их ядр а , что и м ничего н е стоит покинуть атом пр и
самом незн ачительном в оздейств ии. Вот почему самые метал­
личные металлы, цезий и ф р анций, р ас положены в левом
нижнем углу периодической систе мы, а самый не м еталличный
н е м ет а л л , фтор, - н а оборот, в п р авом верхнем. Л а н таноиды
еще и потому т а к похожи друг на друга, что з аполнение
эл ектр о н а м и глубоко лежащей внутренней орбиты сопровож­
дается н е увеличением р азмеров атомов, а незн ачительным
уменьшением з а счет возросшего положительного з аряда
ядр а . Более того, в результате т а кого «л антав:о идного сжа­
ти я » сл едующие з а н и м и элементы г а ф н и й и та нтал и м е ю т
в точности такие же р аз м е р ы атомов, как и их ан алоги ци р­
кон и й и ниобий, и потому цирконий особенно п охож п о свои м
свойств а м н а гафний, а ниобий - н а тантал.
И , н а конец, н есколько слов о положении в систе м е водо ­
род а . Помещая водород в первую группу, м ы должны от­
четливо п р едставлять себе, что дел а е м это лишь по единст­
венному п р и з н аку - один электрон н а ор бите. Но ведь в о ­
дор од может пр оявлять в а лентность и 1 -, то есть, п одобно
r а.11оге н а м , он может п р и н и м ать на свою ор биту один эле1п­
рон, становясь отри цательно з аряжен н ы м . Известен целый
кл асс подобных соединений. Они н азываются гидридами.
Н ап р и м е р , гидрид кальция С а Н 2 , гидрид лития L i H . По это­
м у п р и з н аку водород с полным пр авом можно пом естить и
в с ед ь мую группу.
А ЧТО ЖЕ ДАЛЬШЕ !

.i\1\ ожем л и мы сказ ать, что в н а ш и дн и периодическая
систе м а целиком и полностью безупречн а ? Пожалуй, все-т аки
нет. Взять хотя б ы те же л ант аноиды. То, что их помещают
всего л иш ь в одну клетку л а нта н а , опр авдано с точки зр е­
ния теории строения электронных оболочек. Н о тем с а м ы м
в «кор откую» ф о р му таблицы Мендел еев а ( кото р а я изоб р а­
жен а и н а н ашей цветной в кл адке} вн осится некоторый эле­
мент и скусственности. Далеко н е все ясно и с положени е м
тр а н су р а н овых эле ментов . Этот вопрос сей ч а с вызыв ает
очень м ного споров. Одни ученые пол а г ают, что в седьмом
пер иоде нужно в ыделить семейство а ктиноидо в , а н а л огичное
л а нтаноида м, и поместить торий, п р ота�пиний, уран и
58

1 1 тр а нсур ановых элементов ( общи м числ о м 1 4, к а к в слу­
чае л анта ноидо в ) в клетку а ктиния ( это показ а но на вкл ад­
ке) . Другие исследова rели считают р азумным в ыделить се­
мейств а уранидов и кюридов, оставив тор и й , првтактиний и
у р а н н а п р ежних м естах. Словом , я сности пока маловато.
Е е внесет будущее.
Б езусловно, м ногое еще ожидает впер еди периодическую
с истему. Трудно гадать, какие еще допол н ен и я и уточнения
будут в н е е внесены. Н ельзя лишь сомнев аться в том, что
«будущее не р азрушение периодическому з акону, а р азви­
тие и р а сширение обещает». Так говорил Мендел еев. Е го сло­
в а многократно подтверждались и будут подтверждаться
в ходе р азвптия н а уки.

1

METADD Ы

DЕГЧЕ

воды

Можно л и металл рез ать нож о м ? И д а ж е костя н ы м , ко­
тор ым обычно р азрез ают стр аницы 1<ниг? Мять пальца ми,
как воск? Р аспла вить теплом руки ? И , н аконец, может ли
м е т а л л п л а в ать в воде?
С п е рвого взгляда вопросы эти кажутся н е сколько стр а н ­
ными:
в повседн евной ж и з н и м ы при в ыкли и м еть д е л о
с тверды м и , тугопл авки м и м еталл а м и . . . И тем не менее
существуют металлы м я гкие, к а к воск, н е тонущие в воде,
п л а в я щиеся от тепл а руки. И более того, с точI<И зрения хи м и ­
ч еских свойств о н и являются типич н ы м и : о ч е н ь легко о бр а­
эуют к атионы. П р и в з а и м одействии с водой они дают силь­
ные щел о ч и ; потому-то их и н азыв ают щелочными. Это
литий, н атри й , калий, р убидий и цезий.
Если вынуть кусочек щелочного металл а из б а нки с керо­
сином, где и х обычно х ранят, и р азрез ать ножо м , то можно
увидеть, что срез и меет серебристо-белый оттенок. Но стоит
ку сочк у совсем н емного п обыть на в оздухе, к а к срез тем неет
и т е р я ет свой блеск: м еталл в з а и м одействует с в л а гой воз­
дух а - о б ;н1 зуется пленка гидроокиси. О н а поглощает у гле1шслый газ в оздух а и п р евр а щается в к а р бонат. Щел очные
металлы очень актив ны. Потому их хр анят в керосине. Если
же б росить в воду м аленький кусочек, н а п р и м е р , н а тр и я , он
п ре в р атится в сверкающий ш а р и к и, как п аук-сереб р ю-ш а ,
з а бегает по поверхности в оды с потрескиванием и в спышка ­
м и , подталкив аемый пузырьками обр а зующегося водорода.
В ыделяется много теп л а . Б ольшее количество м еталл а может
вызв ать воспла менение водорода и даже взрыв.
Н еобычн ая а ктивность щелочных металлов объясняется
сл а бо й связью единственного вн ешнего электрон а с атомом.
60

Три щелочн ы х элемента - литий, н ат р и й и калий - н е
тонут в воде. Удель н ый вес л и т и я р авен 0,534, о н почти в два
р а з а л егче воды и в 40 р аз легче осмия - с а мого тяжелого
металл а .
П д Р МЕЖП Л АНЕТН Ы Х KOPAliЯEA

Косм ический кор абль преодолел земное пр итяжение.
Мощные двигатели уже не нужны. Они требуют слишко м
м ного го рючего. Что же з а менит их в космосе? Ионный дви ­
гатель. Он о ч е н ь п р о ст. В от е г о схе м а . Мощные солнечные
б атареи р аскаляют пл а стины воль ф р а м а . На них подается
с амый легкоплавкий и са м ы й активный щелочной металл
uезий.
Под действ и е м тепл а, излучаемого вольфр а м о м , цезий
ионизир уется . О б р азов авшееся и онное о бл ако р аз гоняется
в
электростатическом
поле при н а пряжении порядка
1 0 1 00 вольт. С о скоростью 1 2 м иллионов с а нти метров в се­
кунду ионы цезия в ылетают из сопл а р а кеты . О б р а з уется н е ­
о б ы ч а й н о мощная удел ьная тяг а в 12 ООО кг . сек/кг *, но м ас­
са ионного луч а очень м a.rr a , общая тяга двигателя , сообща­
ют американцы , н е превышает одного килогр а м м а .
Одн ако в космосе и такой дви г атель сообщит современ но­
му ПJ1 а н етолету в ысокую скорость. Отметим : в и о н н о м дви­
гателе цезий н е топливо, он лишь переносчик энергии сол нца,
подобно п а р у , переносчику энергии сжигаемого угл я .
И о н н ы й п а р окажет огро мную услугу людям и н а Зе мле.
В будущем плазменные генер аторы в ытеснят современные
п а ровые котл ы , турбины, ген ер ато ры и конденсатор ы , т а кие
привычные и в м есте с тем, что греха т а ить, очень н е удобные,
громоздкие и неэкономичные пер еводчики тепл а в электр и ­
чество.
Принцип р а б оты п л а зменных генер аторов сра внительно
прост. Из сопла газовой тур б ины со сверхзвуковой скор остью,
с оглуш ающи м ревом в ы р ы в а ется н а гр етый до 3000°С по­
ток ионизиро в а нного газ а . По выходе из сопл а его стережет
сильное м агнитное поле. Но, как известно, газы очень слабо
ионизируются даже п р и такой высокой темпер атуре. И х
* У дельной называется тяга, кото р а я приходится
r р а'll М изр асходов а н ного в одну се1{унду топлив а .

на

каждый кило­
61

электропроводн ость неср а в н и м а с эл ектропроводностью ме ­
талл а. Чтобы з н а чительно повысить эл ектр опроводность га­
з а , необходимо ввести в поток з аряженные ч а стицы.
И снов а н а помощь п р иходят актив н ы е , л егкоионизиру ю­
щиеся щелочные металлы. Це�з и й ( рубиди й , калий) впрыски­
вают в газовый поток.
Дл я получения электрического тока н адо пересечь м аг­
нитное поле м еталлическим п р оводником : здесь роль метал­
.11 а выполняет электропроводящий газовый поток.
В плазменном генер атор е тепло н а гретого газа непосред­
ственно пер еходит в электр и чество. Его коэф ф ициент полез­
ного дейст вия р авен 50-60 п р о цент а м , то есть в дв а р а з а
больше, ч е м у обыкновенных генер аторов ток а : паровых 1ют­
лов, тур б и н , электр огенер аторов и т. д.
ТРА ССЫ

КОСМИЧЕ СКИ Х

KOPA& Л E Jil

Щелочные металлы связали свою судьбу с космосом.
В этом 2 я н в а р я 1 959 года убедилось все человечество.
В морозную зимнюю ночь в н азначенное в р емя от невиди ­
мой р а кеты, м ч ащейся к Луне, отделилось желтое пятныш­
ко - обл ако паров ато м а р н ого н атри я . В о в селенной появи­
л ась п е р в а я и скусственн а я комета. С ее пом ощью определили
точные координ аты р акеты в момент в ыброса н атри евого об­
л ака. Обр азованное н а р асстоянии 1 1 3 тысяч километров от
З е мл и, оно обладало я р костью звезды шестой величин ы , звез­
ды, з аметной невооружен ному ч еловеческому глазу.
Для создания искусств енных комет м ож н о испол ьзов ать
все щелочные метал лы. В с е они л егко и с п а ряются и ярко
светятся. Каждый элем ент таблицы Менделеева св етится
по-своему, обл адает сво и м , только ему п р и сущим спектр ом.
Н атрий окр а ши в а ет пл амя в ярко-желтый цвет: киньте
щепотку пов а р енной соли на п л а м я газовой горелки, и вы
в этом легко убедитесь .
В космосе ато м ы н атри я р ассеивают ж елтую ч а сть сол­
нечного сп ектр а , поглощая все остальные. Получ а ется жел ­
т а я комета, очень я р к а я . О б щее количество света о т коме­
ты, на о б р а з о в а н и е которой потре бовался один килогр а мм
н атр и я , такое же, как от электр ического пр ожектор а мощно­
стью в 70 тысяч килов атт.
62

Но можно создать еще более я р кую ком ету, в о спользо­
в авшись л итием. В о -первых, атомы лития сильно р ассеив а­
ют определ енную ч а сть солнечного спектр а ; в о -вторых ,
в одном килогр а м м е их в три р а з а больше, чем атомов н ат­
рия. Л итиев а я комет а , о б р а з о в а н н а я одни м к илогр а м м ом
метал л а , будет св етиться в 40 р аз ярче н атриевой. Только
она окажется не желтой, а к а р м иново-кр а сной. I(алиевая
комета будет р озово-фиолетовой. П р и помощи щелочного
металл а можно сдел ать путь космического кор абля тр а сси­
рующим : для этого н адо в ы б р а сыв ать л итиевы е облачка че­
рез опр едел енные п р ом ежутки в ремени.
РЕАГИРУЮТ СО СВЕТОМ

В 1 888 году и з в естный р усский физик А. Г. С толетов
о б н а р ужил, что свет электрической дуги в ы б и в ает электроны
из цинковой п л а стинки. Это явление было н аз в а н о ф отоэл ек­
трическим э ф ф е 1пом. Его величина з ав исит от подвижности
электронов в м еталле, от того, н а сколько л егко в ы р в ать их
из атом а , ионизировать его. Н ап р яжение п ол я , в котором
в н ешн и й электр о н атом а покидает свою ор биту, н а зыва ется
ионизационным потенциалом .
Для щелочных металлов ионизационные потенциалы м а­
лы по сравнению с други м и мет алл ами. Для цез и я, н а п р и63

м е р , всего лишь 3,9 воль т а . Не удивительно, что калий, н ат­
р и й , а особенно рубидий и цез ий очень чувств ител ьны к
свету. Немалое колич ество двух последних идет н а произ­
водство фотоэл ементов.
Что такое ф отоэлемент?
Это небольшой, н а полненный р а з р еженным инертным га­
зом б аллончик, ч а сть внутренней о болочки которого покрыта
тончайшим слоем цез и я или руб идия . Н а против этой се реб­
р истой ч а сти баллон ч и к а , похожей на отл ичное зеркало,
впаяно кольцо или сетка .
С е ребристая ч а сть баллончика - катод, кольцо или сет­
ка - а н од. Когд а освещается катод, к в а нты света выбивают
электроны. Они дв ижутся к а н оду - в ц е п и в о з н икает ток.
Ф отоэлементом можно и з м ер ить я р кость з в езды, еле в и ­
димой человеческим гл а з о м .
Ф отоэл ементы с кисл о р одно-сер е б р я но-цезиев ы м и J{ато­
да м и «видят» в темноте: они ч утко отз ы в а ются на и н ф р а ­
к р а с н ы е и ф иолетовые л у ч и .
Ф отоэл ем ент д а л я з ы к Великому Н е м о м у ( кин о ) , б е з не­
го невозможно было б ы теле виден ие. Он неотъемлем а я ч асть
м ножест в а современных установок для автом атизации про­
и з водственных п роцессов.
ЩЕЛО ЧНЫ Е МЕТАЛЛЫ И АТОМН Ы А Р Е А КТОР

Уч еные р а сков али атомное ядр о , доб рались до неисчер­
паемого кл ада энергии и ... тут же стол кнулись с серьез н ой
проблемой.
Ур ановый р е а ктор надо охлаждать, отводить непрерывно
в ыдел я е м о е и м тепл о. Возникл а необходимость в веществе,
кото рое бы э ф ф ектив н о и быстро отби р ал о тепло, легко про ­
ходил о п о тру б а м охл аждающей системы и б ы л о жидки м
п р и темпер атуре в несколько сот гр адусов. Такова темпер а ­
тур а охл ажд а емых ч а стей ре актор а .
Вода - старый, испытанный тепJюносител ь . Теплоемкость
у нее отл и ч н а я , о ч ень неплохая тепл о п р ов одность, в тру б а х
не з а стря н ет, н о ... н о уже п р и 1 00°С п р е в р аща ется в п а р .
Н а воде успешно р аботают м ноги е р е акто р ы , н о е е низ1<ая
темпер атур а кипения требует сооружения систем в ы со кого
давления. К тому ж е при высоких темпер ату р а х вода всту-

п ает в хим ическое в з а и модействие с м атериа л а м и конст­
р укции.
Использов а н и е щел очных металлов в кач естве теплоноси­
теля позволяет упр остить уста новку. Натрий, н а п р и м ер , бы­
стро и э ф ф ективно отби р а ет тепло. Он пла вится при 97,8°С,
а кипит при 890°С. С л едов ательно, он жидкость на протяже­
нии почти 800 гр адусов. А это свойство далеко не м аловаж­
но е : н атр ий п р и м еняют при в ы соких темпер атур ах и низких
давлени ях. К тому ж е он хим ически не в з а и м одействует
с м а те р и алом систе м ы охл аждения. Литий обладает диапа­
зоном ж идкого состо яния в 1 1 50°С . Он также употребляется
го­
в качестве тепл оносител я . П р а вд а , щелочные м еталл ы
р аздо более сл а б ы е з а м едлители нейтронов , чем вода ; к то­
му ж е их н а в еден н а я радиоактивность выше, чем у воды.
-

В ПРИРОДЕ И В ОРГАН ИЗМЕ

З е м н а я кор а содержит оди наковое коли ч ество калия и
н а т р и я , примерно 2 , 5 процента по весу. Н а суше в стречают­
ся мо щные з алежи сол ей того и другого элем ента , но в океа­
не н атрия в 40 раз бол ьше, чем калия. В чем же здесь дело?
Обр атимся к р адиуса м ионов щел очных металлов. Вот что
для них х а р а ктерно. Чем больше атом ный вес, тем большим
ионным р адиусом обл адает м етал л , следов ательно, тем л егче
он подда ется влиянию со сто р о н ы в сякого р ода з а р яженных
ч астиц. Такие ч а стицы в с егда есть в почве, они при тягива­
ют л егко деформирующиеся ионы, каков ы м и явл яются ка­
ти оны кал ия, рубидия и цезия.

С другой стороны, каждый ион я в л яется и сточником
электр ического поля и оказ ы в а ет деформирующее действие
на з а р яженные ч а стицы внешней с р еды, причем тем сильнее,
чем м еньше ионный р адиус. Из щелочных м еталлов н а и б о ­
л е е с и л ь н ым дефор м и р ующим действ ием обл адает к атион
о

лития, у которого н а именьший и о н н ы й р адиус ( 0 ,78А) . Т а ­
ким о б р а з о м , м о ж н о сказ ать, что калий, руб идий и цезий
з адер ж ив а ет почв а , а л итий сам в ней з адержив аетс я .
о

У н атрия же опти м альный р аз м е р и о н а (О,98А) , он сл або
деф о р м ируется и сл а б о дефор м и р ует, а поэтому л егко вы­
м ы в а ется в од а м и из почвы.
То, что калий удерживает почв а , очень в ажно; ведь о н
один из тр ех китов плодо р одия . ( Д в а других - ф о с ф о р и
азот. ) Ежегодн ый м и р овой ур ожай у носит из почвы более
30 м и ллионов тонн калия. Особенно м н ого потр ебляют его
св екл а , к а ртофель и т а б а к .
П р и недостатке к а л и я р а стения т е р я ю т способность с и н ­
тез и р о в ать угл еводы, в с а х а р н о й свекле понижается содер­
ж а н ие с а х а р а , в картофел е - к р а х м а л а . Особенно нужен
кал и й молодому р а стению, где дел ение клеток идет более
энерг и ч н о . При недостатке этого эл е м ента р а стение з адер ­
живается в р осте, не плодоносит и в конце концов за боле­
в ает.
66

Гл а в н ы м и калийными удо б р е н и я м и слу ж ат хлор истый
кал ий и калийные сол и, приготовля е м ы е и з сил ьв и н ита горной породы, состоящей из смеси хлор истого к а л и я и хло­
р истого натрия. Хл ористый калий , идущий н а удобрение, это белый м елкокристалл и ч е ский
порошок. В нем более
50 процентов калия.
С ульф ат к а л и я содержит до 52 процентов к а л и я , он э ф ·
ф ективен для всех почв и особенно хорош для ку.rr ьтур ,
чув ствител ьных к хл ору, таких, как карто ф ел ь, л е н , конопл я ,
табак.
Непосредств енно в качестве удобрения п р и м е н я ется и мо­
лотый сильвинит; в с реднем он содержит до 15 процентов
калия.
Долгое время крупнейшим м есторождением калийных со­
л ей в м и р е было Стр ассф уртское в Гер м а н и и . До р еволю ·
ц и и Россия ежегодно з акуп а л а в Гер м а н и и 4-5 м иллионов
пудов калийных сол ей.
Русские ученые н а стой ч и во искали отеч еств енные з але·
жи калия, и в 1 9 1 2 году в верховьях Камы на глу бине
1 00 м етров был н а йден желтов атый м инер а л , котор ы й ока­
зался сильвинитом - хло р и стым калием. После р еволюции
Соликамское м естор ождение было иссл едов а н о п од р уковод­
ством академика Н . С . Кур н а к о в а . Оно оказалось к а л и й н ы м
местор ождением м и р ового з н а ч е н и я .
В 1 92 7 году в С о л и к а м с к е з а л ожили ш а хту, котор ая
в 1 930 году выдал а первую п а р т и ю сильв и н и т а .
Совсем неда вно н а ч а л и с ь р аз р а ботки богатейшего м есто­
рождения калийных солей в Б ел о р уссии. З а п а сы м и н е р аль­
ного сырья здесь велик и : при самой и нтенсивной эксплуата­
ции его хватит н а сотни лет. В 1 9 6 1 году Солигорский 1шм ­
б и н а т д а л сырую калийную сол ь .
Л и т и я в з е м н о й коре в 4 0 0 р аз м е н ь ш е н а т р и я . Свое н а ­
з в а н ие он получил в з н а к того, ч т о был н айден в м инер а л е,
а не в золе р а стений, из которой в то в р е м я добывался его
сородич калий. «Литеос» в пер еводе с греческого означ ает
«камень». В прочем, и не1шторые р а стения содержат литий
в с р авнител ьно больших кол и ч е ствах. Т а к, в л ютике, т а та р­
нике, в а силистнике его в о м ного р аз больше, ч е м в других
р а стениях.
В земной коре цезия столько ж е, сколько и р тут и
67

(7· l 0-4 % ) ; р уб идия в десять р а з больше, чем цез ия. Они содер­
жатся во м ногих г о р н ы х породах, в з ал е ж а х к а л и й н ы х со­
лей, в м о р ской воде, в р а стениях и животных организ м а х.
Их добывают из собственных минер а л о в : л е п идолитов и пол­
л уцитов. Рубидий накапл и в ают м ор ские организмы ; его мно­
го в хвое деревьев, в кра сном вине. Он концентрируется
в к р а сных кровяных тельцах - э р итроцитах. Цезий н акапли­
в а ется в м ы ш еч н ых тканях.
Н атр ий и 1< алий в относительно больших кол ичествах со­
держатся в живом организме и игр ают в нем нем аловаж­
ную, хотя и р а зличную, роль.
В организме человека - в сего около 1 75 гр а м мов ка.­
л и я , причем в о в неклеточной жидкости ( пл аз м е крови ,
л и м ф е , сп инномозговой жидкости ) его л и шь 2 с небольшим
гр а м м а .
Н атр и й ж е , напротив, концентр и р уется во внекл еточной
ж идкости, где его количество в 28 р аз больше к а л и я ; в тка­
нях н атрия в п ять р а з м еньше, чем калия.
Взрослые животные организмы содержат калия нескол ь­
ко больше, чем н а т р и я , а в тканях з а р одышей натрия бол ь­
ше; соотношение этих элементов в них п р и б л и ж а ется к соот­
ношению в м о р ской воде. Н екоторые ученые р а ссматривают
этот ф акт как непоср едственное доказ ательство возникно­
вен ия жизни в море. Калий участвует в синтезе гл икогена
и бел к а . П р и н едостатке этого элемента в организме чел о­
век испыты в а ет общую сл а бость , н а р у ш а ется нор м альн а я
сердечн а я деятел ьность. Н атр ий, в свою очередь, необходим
для р егул иров а н и я кислотно-щелочного р а вновесия, дл я ра­
боты скелетной мускул атуры и н о р м а льной пульсации
сердца.
пю&О ПЫТНЫЕ П РОФЕ ССИИ

В сп о м ните, к а к з адыхал ись герои Жюл я В е рна в гер м е­
тически з а куп оренном «Н аутилусе», котор ый оказал ся в ле­
дяной л о вушке Сум ей они убрать из воздух а л одки л ишний
углекисл ы й газ и доб а вить кислород а , этого не случилось
бы . В н а ш е время проблема регенер а ц и и воздуха решена
соединений н а трия и кали я . С м есь
с помощью перек исных
перекиси н ат ри я с н адперекисью к а л и я , поглощая углекис68

л ы й газ, с легкостью
кислорода.

выдел яет эквивал ентное

N a 202 + I<204 + 2С О2

=

кол ичество

N а2С Оз + 1<2 C O s + 2 02.

Таким образом, воздух, в ы дых а е м ый человеком , полн остью
р егене р и р уется.
О ба эти в еществ а получа ют, сжигая металл в токе сухо­
го кислорода. Продажный препарат перекиси н атрия и м е ет
желтоватую окр а ску, но очень чистый р е а ктив бесцветен.
Н адперекись калия при обычных условиях - я р ко-желтый
п ушистый кристал л и ческий порошок. О б а соединения очень сильные окисл ител и . В прошлом перекись н атрия бы­
ла одним из сильнейших отбеливающих средств . Е е и се йча с
доб авляют в белил ьные и стир альные порошк и .
П ерекиси щелочных металлов употребляются в ка чест­
в е твердых з а м е нителей перекиси водорода для получ ения
н екоторых к р а сителей, гидрол и з а крахм а л а , пр оизводст­
в а пороха, отбелки древесной м а ссы н а бум ажных ф а б­
риках.
Производство перекисей явл я ется одним из крупных по­
требителей н атрия и калия. Н е усту пает ему в этом отноше­
нии производство цианидов щелочных эл ементов.
Цианистые сол и обл адают с пособ ностью о б р а зовыв ать
комплексные р а створ и м ы е соединения золота и сер е б ра.
В 1 844 году русский уч еный П . Р . Б а гр а т ион п редложил ис­
пол ьзовать цианистый натрий для извлеч е н и я золота и се­
р е б р а из их руд. На воздухе в р а створе ц и а нистого н атр и я
э т а р еакция проте к а ет т а к :
4 A u + BN a C N + 2 Н 2 О + 02

=

4N a Au ( C N ) 2 + 4N aOH .

Цианистые сол и о ч е н ь ядовиты ; их используют для борь­
б ы с вредителя м и сел ьского хозяйств а . Ц и а н и стый н атри й
п р и м еняется также д л я поверхностной з а калки сталей и
в производстве пл астических м асс, и скусственных смол , л а ­
к о в и красок. Обычно ци а н истый н атрий получают обр а бот­
кой р а спл авл енного н атрия сухим газообр а з н ы м а м м и аком
пр и 300°С с посл едующим действием угл я при 800°С. С у м ­
м а рн ая р е а кция пр оцесса таков а :
'2 N a + 2NHs + 2С

=

2 N a C N + ЗН2.

В последнее в р е м я в о з р а стает д оля натри я в п р ои з ­
водстве сти р альных пор ошков и синтетическ их м ою щих
средств .
Н е м а л о е колич ество н а т р и я идет на п р о изводство к аучу­
ка. Основой каучука явля ется
дивинил, но он пол и м ер и ­
зуется в к аучук только п р и действ и и катализ атор а, а л уч ­
ший из н и х - м еталлический н атр и й . Р е акция идет тем б ы ­
стрее, чем большей поверхностью обл адает н атр ий, чем
большие м а ссы дивинила с ним сопр икасаются. Поэто му
тонкий сло й н атрия н а н осят на повер хность железного
прута. О б ы ч н о на тонну к аучука р асходуется 3 килогр а м м а
н атр и я .
Н о л ь в и н у ю долю металлического н а т р и я з а б и р а ет с е й ­
ч а с производство тетр аэтил свинца - отл и ч ного а нтидето н а ­
тор а .
САМЫЕ ВАЖН Ы Е СОЕ Д ИНЕНИ Я

Речь идет о гидроокисях щелочных металлов, и л и едких
щел о ч а х . Едки м и их н а з в а л и потому, что они р азрушают,
р азъеда ют живую ткань. Это сильные щелочи, они отнимают
вл агу у животной ткани и в ступ ают в соединение с белком .
Т к а н ь н а буха ет, а п р и длител ьном действии возникает ожог.
Едкий н а тр в р асплавленном состоя нии р а зъедает стекл я н ­
н у ю и ф а р ф о р овую посуду, а п р и доступе воздуха - даже
плати н овую. Все гидр аты окисей щелочных м еталлов отлич­
но р а створя ются в воде.
На п р а ктике едкий н а тр получают эл ектр олизом р аств о р а
пов а р е н ной сол и ; едкое к а л и - электр олизом хлори стого
к а л и я . В м и р е производят несколько миллионов тонн едкого
н а тр а . Он п р и м еняется во м ногих отр аслях х ими ч е ской про­
мыш.11 е нности. Действием р аз б авленного р а створ а едкого
н а т р и я п р и 1 40°С в ыделяют из р а стительных м атер и а л ов
целлюлозу - в ажнейшее сырье р азличных отр аслей промыш­
ленности.
Б ольшое колич ество щелочи потр ебляет м ы лов а р е н н а я
промышлен ность. Мыло - это натриевые и калиевые соли
жир ных кислот.
Высшие сорта жидкого туалетного мыл а , а та кже спе­
циальные жид1ш е м еди цинские мыла получают, и спользуя
едкое к а л и .
70

В больших количествах едкие щел очи употребляются
в промышленности органических к р а сител ей, в текстильном
производстве, дл я очистки м инеральных м а сел и т. д.
О СОД Е И СТЕКЛЕ

Е ще 5 тысяч л ет тому н а з ад египтяне в ыдел ы в а л и стекл о
спл авлением чи стого белого песка с содой и м ел о м . Соду
древние египтяне доб ы в а л и из содовых озе р . В п р и р оде она
обр азуется там, где есть з а л ежи м и р абилита N a2S 04• О с о ­
б ы е в иды б а ктерий восстан а в л и вают м и р а билит до сул ь ф и ­
да н а трия Na2S. П р и действ и и угл екислого газ а и воды п о ­
сл едни й превра щается в соду. Н а дне содовых оз е р и н а б е р е ­
гу о б р а зуется м и н ер а л соды - трона N a 2 C03 NaHC03 2Н20.
До конца XV I I I века стекольные и м ыл о в а р е н н ы е з а в о ­
ды, текстиль н а я п р о м ышленность З а п адной Е в р о п ы р а бота ­
л и на п р и р одной соде. Ш и роко использов ал ась сод а , добы­
в а в ш а яся н а средиземноморском побережье Испании сжи ­
га нием щелочьсодер ж а щи х р астений.
В России XVI I I века в бол ьших количеств ах в ы р а баты­
в а л ся поташ К2СОз , котор ы й и п р и м енялся в стеклоделии.
Для того что бы получить пуд п о т а ш а , сжи г а л и л ес на пло­
щади 1 20 квадр атных м етров. В Москву дост авляли также
а стр аханскую и и с п а н скую соду.
Техника получения р а стительной соды был а в конце
XV I I I века весь м а п р и м итив н а , и даже лучший сорт ее испанская « б а р и л л а » - содержал всего 25-30 процентов ос­
новного пр одукт а.
В середи н е XVI I I века стеклодел а м , м ылов а р а м и тек­
стил ьщикам стало R e хватать соды . . .
В 1 775 году П а р иж с к а я академия н аук о бъяв и л а конкурс
на способ производств а соды из п о в а р е нной сол и . Через
1 5 л ет п а р ижский нот а р иус получил конверт, в котор ом на­
ходилось описание п роизводств а и скусственной соды и з глау­
беровой соли N a2S 04• Автором п а тента оказался химик­
л ю б ител ь Л ебл а н , домашний в р ач герцога О р л е а н ского.
П о его способу гл аубер о в а сол ь , получ а е м а я дей ств ием сер­
ной кислоты на повар енную сол ь, спл авля л а с ь с угл е м и
углекисл ы м кал ьцием п р и 1 000°С .
·

•

71

С п л а в соды с сул ьфидом к ал ьция выщел ачивал и , то есть
действовали на него водой. С ода переходил а в р аствор.
По способу Лебл а н а соду получ а л и до сем идесятых го­
дов XIX века. Уп а л и впол овину цены на тка н и , оконные
стекл а и мыло. До Леб л а н а шсонные стекл а во Ф р анции счи­
т а лись р оскошью. Н о способ был далеко н е иде альн ы м : по­
лучалось м н ого отходо в , он требовал большого р асхода топ­
л и в а , а п п а р атур а была слишком гром оздкой, р е а кции шли
в основном с твердыми веществ а м и .
В 1 86 1 году б ельгийский п р о м ышленник Сольвэ п р едло­
жил а м м и ач н ы й спо соб получения сод ы. О н бол ее дешев и
п ро ст, н е стр адает н едостатк а ми .r:Iеблано вского способ а :
в р а створ пов а р енной соли в в одятся а м м и а к и избыток угл е­
кислого газ а . Обр азующийся б и к а р б о н а т а м мония в р езул ь­
т ате о б м е н а пер еходит в б и к а р б о н ат н атр ия :
NН4НСОз + N a C l ;Z N a H COs + N H 4 C l .

П р и н аг р ев а н и и б и к а р б о н а т н атрия л ег ко переходит в к а р ­
бонат, соду.
Nа 2 СОз п о ступ ает в п р одажу в в иде без в одной , т а к называе­
мой кальци н и р о в а нной соды.
В н а стоящее время соду по способу Сольвэ получ а ют
в огромных кол ичествах. В м ире ежегодно п роизводится не­
сколько миллионов тонн этого п родукт а .
А м м и а ч н ы й способ хорош, н о и он н е без н едост атков.
В н е м н е полностью испо.r:Iьзуется хлористый н атр ий, проис­
углекисJюго газ а , а м м и а к а и извести.
ходят
потери
В 1 939 году советский ученый А. П . Белопольский р азр а б о­
тал способ производства соды н а б а з е м и р а билит а . Этот
способ п р едус м а т р и в а ет ком плексное и спользов ание сырья.
В его о с н о в е лежит р е а кция :

Получ а ются сразу дв а ценных п р одукта - сода и сернокис­
лый а м м о н и й . Способ Б елопольского не н а шел пока п р о ­
мышл енного п р именени я .
П я т а я ч асть всей соды перер абатыв ается в едкий натр ,
около трети используется в п ро изводстве алюминия. Содой
72

о бра б атыв ают исходное с ырье дл я получен ия окиси а л юм и­
ния - бокситы.
П р о м ежуточный пр одукт содового п роцесса - б и к а р б о н ат
натри я - п р и м еняется в медицине и пищевой п р ом ышленно­
сти . Питьевая сода - т а к н а зыв ают в быту это в ещество должна б ыть очень чистой , не содерж ать ядовитых п р и м е­
сей ( м ышьяка и др . ) .
Более трети всей получаемой соды потр ебл яется стеколь­
ной п р ом ышленностью.

1

ЭП ЕМЕ Н ТЫ
ЩЕ П ОЧН Ы Х
ЗЕ М ЕП Ь

Металлический ка льци й и его а н алоги - стронций и б а ­
р и й - были п олучены впервые окол о 1 50 л е т тому н а з ад, но
соединения кальция служат человеку с глубоч айшей древ­
ности.
Гор аздо м еньшее з н ачение п о ср а вне нию с кальцием и м е­
л и , да и сей ч а с и м еют стронци й и б ар и й и их соединения.
К группе щелочноземельных элементов, о которых сейч а с
идет речь, п р и н адлежит п о своим х и м ическим свойств а м и
р адий. Одн ако не химические свойств а , а р адиоактивность
сдел ал а этот элемен г п р овозвестником новой эпохи в н а уке.
ЗЕМЛИ Н Л Н ЭЛЕМЕНТЫ !

Н а з в а н и е «щелочноземе льные элементы» сохр анилось з а
кальци е м , стронцием и б арием с тех в р е м ен , когда соеди­
нения, которые м ы с в а м и теперь н а з ы в а е м окисл а м и , и м е ­
нов ались «земл я м и » . Эти веществ а н е и з м е н ялись п р и н а ­
гре в а н и и , сл а б о р а створялись в воде, д а в а я щелочные
ра створ ы , что по тогдашним п р едставлениям соответствов а ­
ло понятию «земли».
«Изв естковую з е м л ю » - окись
кальция - л юди з н а л и
с д а в н и х в р е м е н . З а способность соединяться с угл екисл ы м
г а з о м , связывать е г о , а т а к ж е д а в ать нер а створ и м ы е соли
со м ноги м и кислотами окись кальция н аз ы в а л и еще «связы­
в а ющей землей». Соединения же бария и стронция попали
в руки хим иков с р а в ните.11ьно н едавно - около 1 90 лет
н а з ад. В 1 774 году Шеел е иссл едов ал п р и р одную двуокись
м ар г а н ц а - пиролюзит - и о б н а р ужил в ней н еизвестное до
74

того вре м е н и в ещество бол ьшого удельного в е с а , которое
получило н а з в а н и е тяжелого шпата, или б а рита . П оследнее
назв а н и е п р о исходит от гр еческого слов а « б а р юс» - тяже­
лый, тяжесть. А через тр и н адцать л ет в Шотл а ндии , в б л изи
селени я Строншен, было н а йдено другое , похожее вещест­
во - стронцианит. В п о сл едств и и б ыл о установле но, что уче­
ные и м ели дело с сул ь ф а т а м и бария и стр онция, а назва ние
этого п о следнего им еет, к а к в идите, геогр а ф ическое проис­
хождение.
Методы,
котор ы м и
польз о в ал а сь
н аука
до конца
XVI I I века, н е позволяли р азложить «земл и » на бол ее про­
стые в еществ а , поэтому Антуан Л а в у азье в 1 789 г оду в сво­
ем «Элементарном курсе химии» относил СаО, S r O и В аО
к числу эле м ентов. Одн ако т а м же он в ы ск а з ы в а л п р едполо­
жение, что эта точка з р ения долж н а будет измениться и что
н а ук а н а йдет способ р а зложить упрямые «земли». Л авуазье
оказался п р а в .
П р и м енение н о в ы х м етодов и сследования в сегда п р и во­
дит к революционным сдв и г а м в н ауке. Так было и тогда ,
когда а нглийский ученый Г. Дэви в 1 808 году в п ервые ис­
п о льзовал электрический ток для воздейств ия на хи м ические
веществ а. Ат ака на «земли», в которой п рини м а л участие и
другой з н а м енитый ученый - Б ер целиус, п ривел а к з а ме­
ч а тельной п о б ед е : один за др угим из «земель» были в ыделе­
ны чистые м еталлы - б а р и й , стр онций и кальций ( его н а з в а ­
л и т а к о т ф р а н цузского сло в а « К а л ь к » - «известь » ) .
П онятно, почему ч и стые щелочноземельные элементы
в п р и р оде н е в стр е'Ч аются и с тр удом даются в руки л юд я м :
они н а столько а ктив н ы , что соединяются букв ально с о все­
ми состав н ы м и ч астя м и в оздуха ( кроме инертных газов ) , да­
же с азотом .
В н а шем соз н а н и и пр едставлен и е о металле ч а сто свя­
з ано п р ежде вс его с п р о ч н ы м , твердым, устойчивым кон­
стр укци о н н ым м атер и а л о м. Н о в обширной семье металлов
встр ечаются пр едставители и очень активные и совершенно
инер тные , более л егкие, ч е м вода, и б олее тяжел ые, чем
ртуть. «Спектр » свойств м еталлов поистине неисчерп аем ".
К а л ьций , стр о нций и б а р ий - близкие р одствен н и ки, од­
н ако кальций в о м ногих отноше ниях в ыделяется из этого
«семейст в а ». И п р ежде в сего своей чрезв ы ч а й ной р аспрост­
ран енностью в пр ироде.
75

КА ЛЬ ЦИИ В ЗЕМНОМ КОРЕ

К ал ьций - неп р е м е н н а я сос1 а в н а я часть силикатных по­
род - с а мой большой группы м и н е р а лов земной кор ы .
С р а в нительно меньше он встречается в в иде к а р боната
С а С Оз или сульф ата C a S04. Еще меньше - в в иде фос ф а ­
та С аз ( Р О 4 ) 2 . Н о о б этих соединениях кальция стоит р а сс1< а­
з а ть п одр обнее.
При родный карбонат кальция - соеди нение ч р езвычайно
многол юше. Пр ежде в сего в з а в и симости от строения кри­
сталлов кар бонат кальция о б р а зует дв а м и н е р а л а - 1<альцит
и а р а гонит.
Последни й , в ч а стности, является «строительным м ате­
р и алом» ста л а ктитов и стал агмитов, з а м еч ательных по к р а ­
с о т е произведений п р и роды, которы м и п о р о й г а к бога ты
естеств енные пещер ы .
К а л ьцит встречается в нескольких р аз новидност ях. Мно­
ги м из вас п риходилось в идеть н а стоящие гор ы мела на бе­
регах Волги и других н аших рек. Мел состоит и з м и кр оско­
п и ческих р аков и н , а некоторые скопления известняков ино­
гда состоят из более крупных р а ко в и н , види м ы х простым
гл азом. Мел и известняки - с а м ы е р а сп р остр аненные ф о р м ы
кальцита. М р а м о р по хи мическо му составу - т о ж е к а р б о ·
н а т к а л ь ц и я , а п о стр оению кристаллов - кальцит. Но из-за
иных, чем дл я известняка и мел а , условий обр азов а н и я
в п р и р оде он и п о внешнему в и д у и п о свойств ам отлича ется
от др угих форм кальцита. Многоликое соединение и м еет и
еще одну ф о р м у - так н аз ы в а е м ы й и сл а ндский шп ат. Кр и ­
сталлы е г о п р о з р а ч н ы и обл адают и нтересным свойством , из­
вестным в физике как двойное лучеп р ел о м ление.
В общей сложности на поверхности суши з ал ежи извест­
н яков з а ним ают п лощадь окол о 40 м и л лионов квадратных
километров. П р едставьте себе поверхность, р а в ную двум
тер р итор и я м н ашей стр а н ы , - вот что з начит эта циф р а !
СТРАНИ Ц Ы Г ЕОЛОГИ ЧЕСКОМ

ИСТО Р И И

КАЛЬ Ц ИЯ

По nредставлениям нем ецкого геохи м и к а Гольдш мидта ,
земную кор у можно уподобить слою шл аков, покр ы в а ющих
р а спл авленное железо в доменной печи. Хотя , конечно, эта
'l6

а н а л о гия не м ожет быть полной, однако и з е м н а я кор а и
доменные шл аки состоят из относител ьно легких соединений
кальция , н ат р и я и калия с кремнием, алюминием и кисло­
родом - из а л ю м о силикатов и силикатов. Н ед а р о м н а р уж­
ный слой З е м л и н азывают и ногда «сиаль», п одчеркивая
тем с а м ы м п р е обладание здесь кремния S i и а л ю м и ­
н и я А ! . В э т и х ж е соединениях содер жится м а гн и й, ба р и й ,
стронций.
Е сл и б ы м ы м огли перенестись во вр емена р ан н ей моло­
дости н а шей п ланеты, то м ы н е обна р уж и ли б ы в ее коре
п р ивычных н а м к а р б о н атных пород - известняков и т. п . ;
дело в т о м , что эти п о р оды м ного м олож е алюмосили катов .
Б ур н а я вул к а н ическая деятельность п р ежних геологиче•
ских эпох п р и водил а к н а сыщению атмосфер ы угл екисл ы м
г а з о м . Теп л а я и в л ажн а я атмосфер а , богатая углекисл ы м
г а з о м , горячие потоки воды, п р о н икающие в каждую щель
гр а н итных м а ссивов, в течени е м и л л и а рдов л ет дел али свою
р аз р ушител ьную р а боту, « в ы р ы в а я » кальций и др угие ме­
тал л ы из п л е н а , п р евр ащ а я огромные коли честв а силикатов
и алюмосил икатов в нер аствор и м ы е соеди н е н и я - гли ну и
песок - и унося кал ьций и его спутников в в иде с р а в н и­
тельно хорошо р а створ и мых соеди нений - кар бон атов или
сульф атов. Конеч н о , р азрушение алюмосиликатов - пр оцесс
дал еко не мгновенный. Только в сказках м ожно превр атить
гору в песок, сказав ей: « Рассыпься ! » Но сотни м иллионов
лет, помноженные н а эту - пусть даже н ебольшую - ско­
рость р азрушения, сдел ал и свое дело.
С появление м жизни на З ем л е в истории кальция выдаю­
щуюся р оль стали и гр ать ж ивы е организм ы .
М ы у ж е сказали, ч т о движение кальци я и з а л ю моси ли­
катов в к а р б о н аты и сул ь ф аты - это пр оцесс очень и очень
медл е н ный. Но есть еще один , сравнительно б ыстрый п р о­
цесс в п р и р оде, в котором уч а ствует кальций и который
пр инято называть «Круговоротом » кальция в природе.
КРУГ ИЛИ НЕ КРУГ!

Невозможно н а йти такой в одоем , в котором не были б ы
р а створены сол и кальция. Особенно м н ого этих с о л е й в в о ­
дах лима нов и м инеральн ых источников. В мор ях н а до.л ю

77

солей кальция п риходится 1 ,6 п роцента и с а м ы м и частыми
спут н и к а м и его являются углерод и сер а (в виде ионов
C Os2- и S 042- } .
Что бы р азобр аться в особенн остях «путешествия» каль­
ция , р ассмотр и м р авновесие, существующее в водн ых р а ­
ств о р а х к а р б о н а т а к а льци я :

Когд а чер ез изв естняк сочится вода , н а сыщен н а я угле­
кислы м г а з о м , р авновесие н а ш ей р е а кции смеща ется впр а­
во, в стор ону обр азов а н и я р а створимого бика р боната к а ль�
ци я . Это означает, что м алор аствор и м ы й С а С Оз превр а щает­
ся в р а створимую соль и уносится водо й . Эта-то соль ( кото­
рую н икто никогда н е держ ал в руках, потому что о н а суще­
ствует лишь в р аств о р а х ) и яв ляется в а ж н ейшим звеном
в цепи путешествия к а льция в п р и роде.
Может показ аться, что н аши р а ссуждения слишком тео­
р етичны : да м н ого л и углекислого газа р а ств о р яется в воде?
Сколько кальция уносит вода? Но нед а ром говорится, что
капля к а м ень точи т : еж егодно р еки уносят в м о р я и океаны
до 600 м иллионов тонн кальция !
В теплой воде оке а н а р а створим ость угл екислого газа
уменьш ается, ч а сть его ул етучив ается. Чтобы восста новить
н арушенное р а вновесие, б и к а р б о н а т отд ает « л и шнюю» мол е­
кул у угле кисл ого газа и , п р ев р а ща яс ь в нер а створ и м ы й
с р ед ний ка р б о н а т С а СО3, вып адает в о с адок ( стрелка в н а ­
шем ур авнении «повор ачив а ет» влево ) . Таким п утем н а д н е
океанов в ы р а стают м о щны е п л а сты изв естн яка.
Я с н о , почему известн я к относят к о с адоч н ы м п о р одам,
а пос кольку осаждение п р о исходит хим ическим путем , то го­
ворят, что такие п ороды и меют хемогенное происхождение.
Если в месте с кальцием о с ажд а ется м аг н и й , обр азуются з а­
лежи дол о м и т а С а СОз·МgСОз.
Одн ако бикар бонат может пр евр ащаться в известняк и
биоге н н ы м п уте м, с уча сти ем живых о р г а н и змов. Многочис­
ленные м о р ские орг а н и з м ы используют к а р бонат кал ьция
для постройки р аков и н , р аз л а г а я содерж а щийся в воде би ­
к а р б онат. После отмир ания таких организмов р аковины осе­
дают на дно. Такое «строительство» пр одолж а ется миллионы
лет, д а в а я з а лежи р акуше чника и м е ла.
78

А У Е-14. С ЕСТ&
С\.ТО-ТО ОБЩЕЕ �

Гор ообр азов ательные п р оцессы п одним а ют их н ад по­
верхно стью м о р я . П о п ад а я в условия в ысоких температур и
давлений , известняки уплотняются, м еняют свою стр уктур у
и превр ащаются в м р а м о р . Это уже метамо р ф и ч еская п о р ода
( «м ет а м о р ф о з а » о з н а ч а ет « п ревр ащен и е » ) . П однятые н ад
морем м ассивы изв естняков снова п одвер гаются атаке воды,
углекислого г а з а , тепл а - н ач и н а ется нов ый цикл бесконеч­
ного путешествия кальция. Вот почему иногда говорят о кру­
говороте кальция в п р и роде.
Н о вспомни м , что путешеств и е к а льция н а ч а лось с р аз­
рушения алюмосиликатов, п р и чем кальций не возвр а щается
снова в такие соединения. А это зн ачит, п р оцесс идет необ р а ­
т и м о , и т о , ч т о м ы н аз ы в а ем цикл о м , круго м , круговоротом,­
досто яние лишь о п р еделенного геологического п ериода.
Кальций, кр оме того, игр а ет огр о м н ую рол ь в круговоро­
те угл е р ода : 99,82 п р оцента углерода зем ной кор ы содер ­
жится в ос адочных п о р о д а х , то есть в з н а ч ительной степ ени
св я з а н о именно с кальцием .
П р едста в и м себе, что ж и знедеятельность р а стений и жи­
вотных, горение и другие пр оцессы не в озобновляли бы
в атмосфере з а п а сы углекислого газа. Тогда потребовалось
бы всего l 800 лет, чтобы в есь наличный С О 2 был бы связан
кальцием и други м и м ета л л а м и .
Ну, а ч т о же « б едные р одственники» кальция - б а р и й и
стронций? И х судь б а похожа н а судьбу к а л ьц ия . Эти элемен­
ты тоже в в иде сул ьф атов и к а р б о н атов п опадают в воду и
затем в осадоч ные п ороды. В общих чертах они путешест­
вуют по тем же «М а р шрута м » , что и их вездесущий род­
ственник.
79

ЭЛ ЕМЕНТ- СТРОИТЕЛЬ

Когда человек, н е довольствуясь уже готовыми д а р а м и
природы , н а ч а л строить к а менные ж и л и щ а с а м , по-видимо­
му, в качестве строител ьного матер и а л а он испол ьз овал пре­
жде в сего из вестняк. В едь его много, он достаточ но прочен и
в то же вр ем я легче поддается о б р а ботке, чем другие твер­
дые породы.
Из известняковых плит сложены з н а м енитые египетские
пи р а м иды. Н а ш и южные города - такие, как Одесс а , Е в п а ­
т о р и я , - строил ись из известняка. А М о с к в а - в е д ь о н а
потому и н а з ы в а л а сь б елокаменной, ч т о стены е е сл агал ись
из подмосковных известняков !
Сооруженю> древних времен возводились без п р и менения
каких-л и б о веществ, с1<репляющих, «скл еи в а ю щих» к а м н и
д р у г с другом. Прочность кл адки обеспеч и в а л ась идеальной
подгонкой, п р и ш л и фовкой к а мней. Тр удно себе даже п р ед­
ставить, какую титаническую р а боту п р иходилось при этом
пр одел ывать. Готов ить вяжущие м атер и а л ы л юди н а учи лись
гор а здо позже. И в этом им с нова п р и шел на помощь каль­
ци й .
Е с л и п р и р одный гипс C a S 04·2H20 н агреть до 1 50 гр аду­
сов, то ч асть его кристал л и з а ционной воды удаляется . Полу­
чившийся гидр ат с меньшим содерж а н ие м воды 2 C a S 0 4 · Н2О
может « возвр атить» себе потеря н ную воду . Пр актически т а ­
к о й «жж е н ы й » , к а к е г о н а з ыв ают, гипс, или а л е б а стр , р аз­
м еш ивают с водой и полученную м ассу используют в ка чест­
ве в яжущего м атер и а л а для штукатурных р а бот и т. д.
По мере того как вода «возвра щаетс я» в м ол екулу кристал­
логидр ата , п р о исходит з а тверде в а н и е м ассы.
Если н а гр еть гипс выше 500 гр адусов , он пол ностью обез­
вож и в а ется и теряет способность п р и с о единять воду обрат­
но. За это е г о и н азыв ают «мертвым» гипсо м . Если же п р о ­
дол ж ать н а гревание, доводя темпер атуру д о 1 000 гр адусов
и бол ее , то получ а ется новый в яжущий м атер и ал - так н а ­
з ы в а е м ы й гидр авлический гипс. Э т о у ж е более сложное ве­
ществ о : п р о к а л и в а н и е п р и такой высокой темпер атуре ведет
не только к полной потере воды, но и к ч асти чной потере
серного ангидр ида , 1<оторый был связан в молекул е гор аздо
прочнее, чем кристаллизацион н а я вод а . Теп ерь обр азуется
сол ь , в которой коли ч ество основного окисл а С а О превышает
80

количество кислотного окисл а S Оз. Н о р м а л ь н а я соль C a S04
превр атил ась в основную, состав которой вы р аж ается п р и ­
ближенной формул ой х C aS 04 · у С а О .
Если добавить в оду к гидр авлическо му г и п су, о н а п р и­
соединяется к основной сол и , п олучающиеся кр ист аллы пере·
плет а ются друг с друго м , д а в а я очень прочную м ассу, устой·
чивую к действию воды ( нед аром же гипс гидр авл ический ! )
и коле баниям тем п ер атуры. Этот вяжущий м а те р и а л был из­
вестен л юдям очень д а в н о : в Египте он п р и м енялся уже
4 тысячи л ет н а з ад.
С др евних в р е м е н используется л юдьми в к а ч естве вяжу·
щего веществ а и известь. В н а ш е в р е м я ежегодно р а сходуют
десятки миллионов тонн извести. Для п р и готовления изв ести
обжиг ают известняк в бол ьших печах п р и тем пер атур ах
окол о 900 гр адусов . Чтобы п р е в р атить известь в в яжущий
м атериал, ее « г асят» в одой :
С а (О Н) 2.
С а О + Н2О
=

Если воду взять в из бытке, обр азуется « и звестковое м о ­
локо». К нему добавляют еще песок и полученную м а ссу
( строители н а з ы в а ю т ее « р а створом » ) используют для скреп­
ления камней или кирпичей в стр о ительстве.
Как происходит схв атыва ние, з атвердев а н и е т а кой м ассы?
Гл авную роль при этом игр ает поглощение углекисл ого газа
из воздух а :
81

Ч астично т а кже о б р а зуются силикаты з а счет песка , имею­
щегося в м а ссе:
С а (ОН) 2 + S i 02
C a Si03 + Н2О .
Легко понять, почему отвердение известкового р аствор а
п р о и сходит м едленно: углекислого г а з а в воздухе не так уж
много, а гл авное - п р и схв аты в ании выделяется вода, н а
просыхание которой необходимо з н а ч ительное в р е м я . Д а и
п р о чность извести посл е з атвердев ания ср а в н ительно невы­
сока.
Этих н едостатков л ишен с а м ый в ажный вяжущий м а те­
р и а л н а шего в р ем ени - цемент. Это в основно м смесь сили­
к атов или а л юмин атов. Сырьем для получен и я цем ента слу­
ж ит изв естняr< ( и сточник С а О ) и гл и н а ( и сточник кислотных
окислов S i 02 и Аl2Оз) . Сырье тщательно измел ьч а ют и п о ­
степенно в в о д я т в с л е г к а н а кл оненную в р а щающуюся п ечь,
в которую с п р отивоположной стор оны - пр отивотоком п о ступ а ет топл и в о : угол ьная пыль или г а з . Печи эти имеют
дов ольно внушительные р аз м ер ы - 1 50 м етров в длину и
3,6 метр а в д и а м етре. Такие печи могут д а в ать до 23 тонн
цемента в ч а с .
П р и сгор а н и и топл и в а в п е ч и р азвивается темпер атур а до
1 500 гр адусов , и сходн ая смесь м едленно перемещается и об­
жигается . Известняк р азл аг ается, дав а я С аО . Окись каль­
ция р е агир ует с сост а вн ым и ч а стями гл ины , обр азуя сили­
каты и а л ю м и н аты кальция. Комковатый п р одукт - клин­
кер - охл аждают и р аз м алыв ают, п осле чего п олучается зе­
л е н о вато-сер а я пудр а цемента. Пр иготовл енный т а ки м спо­
собом сил и катный цемент содержит С а О ( около 60 процен­
тов ) , S i 0 2 (25 п р оцентов ) , Аl 2Оз ( около 1 0 п р оценто в ) и
Fе2Оз ( около 5 п р оцентов ) .
И н огда в качестве исходного веществ а берут не извест­
няк, а гипс, добавляя к нему еще угол ь и , как обычно, гл и­
ну. При обжиге такой смеси тоже получ ается цемент, но от­
ходящие г а з ы содержат сер нистый газ, обр азов авшийся из
гипс а и и спользуемый для одновременного п олучения серной
кислоты .
Современное стр оител ьство пр едъявляет к цементу высо­
кие тр е б о в а н и я . В о -первых, о н должен хорошо схв аты в аться
п о сл е смеши в ания с в одой. Но это схваты в ание не должно
быть и «М олниеносн ы м » , - ведь нужно успеть дост авить
р аствор к р а бочему м есту и уложить его. Технические усло=

82

вия предусм атри в а ют, что з атвердев ание цемента долж н о н а ­
чинаться через 45-60 м и нут п о сл е п р иготовления р а створ а .
Нельзя допустить также, чтобы п р оцесс з атягив ался. Н о р ­
м альным считается, есл и схв атыв ание происходит в течение
12 часов. В дальнейшем прочность м ассы воз р астает.
Чтобы оценить качество цемент а , его м ар ку, ч е р ез четы р е
недели м ассу и сп ытыв ают н а сжати е . Лучшие м а рки сил и ­
к атного цемента выдерживают н агр узку д о 600 кг/см2.
П р оцесс з атвердев ания цем е нтных р а створов п охож н а
тот, что обусл о в л и в ает схв атыв ание а л е б а стр а : силикаты
кальция п р и соединяют воду, давая твердые кристаллогидр а­
ты. Здесь п р оисходят также и другие, б ол е е сложн ы е хими­
ческие и физико-химические изменения. В ажно отметить, что
для з атвердев ания цемента ( его еще н азывают «Портл анд­
цемент» ) необходима не слишком низкая темпер атур а . Поэ­
тому в зимнее в р е м я приходится приним ать с п еци ал ь ны е
м ер ы для обогрев а стр оящихся сооружений.
Если взять в обжиг гл и н у с м ал ым содерж анием Si02,
то получ а ется глиноземистый цем ент, состав кото р ого уже
друго й : С аО ( окол о 40 процентов ) , Аl2Оз ( около 40 пр оцен­
то в ) , Fе2Оз ( 1 0- 1 5 процентов ) и только 5- 1 0 п р оцентов
Si02. В этом цементе гл авной сост авной ч а стью является н е
силикат, а алюминат кальци я . Если гли н а , используе м а я
в качеств е исходного с ы р ь я , содержит сл и шком м н ого Si0 2,
то в шихту добавляют жел езную р уду, бл агод аря чему
Si02 удал яется, связавшись с жел ез ом в силикат.
Очень существенная особенность глиноз емистого цемен­
т а - его б ы строе схв атыв ание. !(роме того, п р и с о единение
воды к алюминату кальция С а О · Al 203 соп р о вожда�тся вы­
делением тепл а . А это очень в ажное о б стоятел ьств о ; в з и м ­
нее время п р именение та кого цемента н е требует специ альных
м ер по утеплению. Уже через сут1<И после пр иготовл ения
р а ство р а
п р очность
з атвердевшего
цемента
достигает
500-600 кг/сk�2.
В н аше в р е м я з н ачение цемента не огр а н и ч и в ается использов а ни е м его для скрепл ения кирпи чеи или к а мн еи
в кл адке. П р и добавлении в цементное тесто щеб н я , гравия ,
шл ака получ а ется с а м о стоятел ьный строительный м атери­
а л - бетон. Смеси, п р иготовленной в специальных п р и спо­
соблениях - бетономешалк ах, м ожно п р идать л ю бую ф ор ·
му. Н а бетонных з аводах так изготовляют плиты, крупные
u

u

83

блоки, детали сл ожного профил я . Использование железного
скелета - арм атуры - позволяет резко ул учшить механиче­
ские свойств а б етонных издел ий. Сейчас издел ия из железо­
бето н а в больших количествах производятся н ашей промыш­
ленностью стр оительных м атер иалов.
Мы уже говорили, что гл и н озем и стый цемент выделяет
теп л о п р и схв атыв ании. Это полез нее свойство иногда ст а ­
новится большим н едостатко м. Одно дело, когда р аствор
кл адут тонким слоем . Тогда тепло л егко и р авномер но от­
водится в окруж ающее пространство. А п р едставьте себе,
н а п р и м ер , строител ь ство
большой гидроэл ектростанции.
Здесь в тело будущей плотины укл ады в а ются з а небольшое
время огромные м ассы бето н а . Понятно, что отвод тепл а
з атруднен и внутр и б етонного м а ссива темпер атур а м ожет
повыситься до 80 и более гр адусов. В этих условиях п рисо ­
еди н е н и е воды п р о исходит т а к , что о б р азуются очень круп­
ные кр и сталлы гидр атир о в а нного алюмината, а это в три­
четы р е р аз а снижает п р о чность констр укции. Как ж е быть?
В сп о м н и м , что при в ысокотем п ер атур ном обжиге п р и р од­
н ого гипса о б р азуется «Мертвы й » гипс. Н о «м ертвый » лишь
п о отношению к воде. Е сл и 25-30 п р оцентов такого гипса
( его н а з ы в а ю т « а нгидрит» ) до бавить к глиноземистому це­
менту, он в з а и м одействует с алюмин атом кальция в присут­
ствии воды, д а в а я соединение приблиз ительного сост а в а
З С а О А120з З С а S О4 Н2О. Эта р е а кция тр ебует повышенной
темпер атур ы , котор ая как р аз и р азвивается при твердении
гл иноземистого цем ент а . Таким обр азом , тепл о , котор ое мог­
ло б ы п о в р едить прочности сооружения , используется внутри
с а м ого м а сси в а бетона. Кроме того, ангидрито-гл и нозем и ­
стый цемент п р иобрет а ет и еще одно в ажное свойство у стойчивость к мор ской воде, богатой р азличными сол ями
и потому особенно агрессивно действующей н а р азличные
портовые сооружения .
Чтобы бетонные сооружения были п р о ч н ы м и, недостаточ ­
но только п р иготовить б етон и з высококаче ствен ного це­
мент а , его еще нужно ул ожить в нужное место и уплотнить.
Е ще не так давно такое уплотнение бето н а производилось
искл ю чител ьно вр учную - с помощью т р а м б овок. Сейчас
дл я этой цел и прим еняют специал ьны е в и бр атор ы , пере ­
да ющие свои кол еб ания м ассе бетон а , з аставл яя ее уплот­
ниться , оседать.
·

84

·

·

Современные требования к изделиям из бето на очень р а з­
нооб р а з н ы . Для жилищного строительств а у н а с недавно
н а ч ал п р и м еняться пенобетон, при изготовлении которого
специально добив аются м а ксим альной п о р и стости м ассы.
Плиты из такого м атер и а л а п лохо проводят тепл о и звук.
Цемент в сочета нии с волокн и стым силикатом м аг н и я - ас­
бестом позвол я ет получать тонкие п литы ш и ф ер а , ценного
кровельного м атер и а л а . Из такого асбоцемента дел ают и
р азличны е трубы По производству асбоцементных изделий
наша стр а н а сейч а с з а н и м ает п ервое м есто в м и ре. И п о
производству цемента всех в идов СССР б ы с т р о догоняет
н а и более передовые кап итал истические стр аны.
КАЛ Ь ЦИА В ЖИВОМ О Р rАНИЗМЕ

В жизни р азных животных «элем ент-строитель» игр ает
в а ж н ейшую роль.
Есл и для м ногих низших животных с а м ы м «Ходовым»
м атериалом для постройки твердых р а ковин я вля ется к а р бо­
н а т кальция , то в ысшие животные для постройки твердого
скелета используют фосф ат кальция Са3 ( Р О4 ) 2. В организме
человек а доля этого веществ а составляет около 3 процентов
по весу.
Может быть, это н е так уж м ного? Но п р едставьте себе
LJ еловека . . . без костей, эта кую м едузу вместо в ысшего п ро­
изведения п р и р оды, - вот что зн ачит «всего 3 процента»!
В п рочем , и м едузу обижать н е стоит : в едь она с а м ы й бли з­
кий родств енник т ех с а м ы х п о липов, кото р ы е воздвигают
в морях и океа нах грозу м о р еп л а в ателей - коралловые
рифы. . .
П р и недостатке кальция прочность скелета снижа ется,
появляется о п а сность пер ело м о в , куры несут яйца без скор­
лупы. Поэтом у животные с кор мо м должны полу ч ать до­
статочное колич ество м и нер альных солей, содер ж а щих каль­
ций. В качестве подкор м ки в животноводств е п р и м еняют
м олотый м ел или костяную муку, содер жащую ф о с ф ат каль­
ция в готовом виде.
Роль кальция в о р г а н и з м е дал еко не огр аничивается по­
стройкой скелета. Ионы кальция содержатся в крови и
игр ают важную роль в возбуждении сердечной деятельности:
85

лишение крови ионов кальция нем едленно в едет к остановке
сердца.
Кро в ь, не содер ж а щ а я кальция , полностью теря ет способ­
ность свертыв аться на воздухе. Деятельность центрально й
нер в н о й систем ы т а кже н а рушается п ри н едостатке кальция.
Особенно нужд ается в кальции р а стущий организм. Не уд и­
вительно поэто м у , что м олоко содержит кальци евые соли
в большом кол и честв е.
Изв естно, что н екотор ы е м оллюски отл агают кар бонат
к а льция н е только пр и п о стройке р аковин, но и вокруг ино­
р одных тел ( н а пр и м е р , песчинок ) , случ айно попавших в нутрь
ство рок, в виде жемчуг а . Л ю бопытно, что и в организме че­
ловека может п р о и сходить пр о цесс, в н еш н е похожий на об­
р азов а н и е отложений к а р б о н а т а у жемчужниц. Так, при ту­
беркул ез е про исходит о бызв ествление очага з а болевания.
П р и некото рых з аболеваниях сердца окружающие его ткани
также м о гут обызв ествляться, з а кл ю ч а я сердце в плотный
панцирь.
ДРУГИЕ СП ЕЦИАЛЬНОСТИ КАЛЬ ЦИЯ

Кальций н е только строитель. Трудно н а з в ать такую от­
р а сль п ром ышленности и н а родного хозяйств а в целом, где
на службе у ч еловека не сто яли бы соединения кальция. Н а ­
пример , п р и н а к а л и в ании см еси окиси кал ьция с углем
в электр ических п ечах получ а ется в ажный технический про­
СаС2 + С О. Если по­
дукт - к а р бид кальци я : С а О + ЗС
действовать н а н е го в одой, выделя ется а цети л е н :
=

Р а ньше ацетиленом пользов ались л и шь в качеств е горю­
чего для освещен и я . I(огда для сжигания ацетил ена п римени­
л и не воздух, а ч и стый кислород, отчего т емпер атуру плам ени
уд а л о сь дов ести до 3 тысяч гр адусов, а цетил еновые гор елки
стали использов ать для р езки и сварки м еталлов. В р езу.il/,­
тате р а бот з н а м енитого русского химика А. Е . Ф а ворског,1
а цетил ену б ы л а откр ыта широкая дорога в хим ическую про­
м ышленн ость.
И нтересно, что действие н а ка р бид кальция водяного п а 86

ра при высокой темпер атуре п р и водит
ацетилена, а в одор од а :

к

обр азов анию не

С а С2 + 5Н 2 О
С а С Оз + СО2 + 5Н2.
Таким м етодом можно получать водо род для техниче ски х
целей.
I(ар бид к альция , со еди н я я сь с азотом воздух а , о бр азу ет
ци ан а м и д :
=

Э т о соединение т а к ж е и м еет ш и рокое п р и м енение. П р е ж­
всего обр азование ц и а н а м ида было одним из п ервых
способов связыв а н ия азота воздух а : п р и действии водя но го
п ар а н а ци а н а м ид его азот освобождается уже в форм е ам­
миака. Медленно этот п роцесс идет и п р и в несении ц и ан­
С а СОз + 2 NНз. Это позво­
амида в почву: CaCN2 + ЗН 2 О
ляет использовать циа н а м ид непоср едств енно в кач естве
удобрения. Из ци а н ам ида можно получить и еще более ц ен­
ное веществ о - м очевину, кото р а я используется в п р о мыш­
л енности пл а стм асс, а также в качестве удо б р е н и я и б елко­
вого кор м а в ж ивотноводств е. Ц и а н а м ид и м еет и еще одно
л юбопытно е прим енение в сельском хозя йств е. Е сл и о б р а б о ­
тать этим в еществом поля хлопчатника, р а стения сбр а сы­
в а ют листья. Это позволяет убират ь хл о п о к м а ш и н а м и .
Широко используется в пром ышленности известь. Она
нужна п р и получении соды, хлорной извести, бертол етовой
соли , ядохими катов для борьбы с в р едител я м и сельскохо­
зяйственных р а стений .
Многи е с о л и кальция п р и со единяют воду с о б р азова нием
кристаллогидратов . Я р ко в ы р а жено это свойство у х л о р ида
кальция, кото р ы й может п р исоединить шесть м о л е кул в оды.
Поэтом у хлорид кальция очень гигр о скопичен, жадно погл о­
щает в л а гу, содерж а щуюся в воздух е или о р г а н и ч еских р ас­
творителях, что позволяет и с п о льзовать его в I< a ч естве осу­
шителя. В ажной областью применения этой сол и является
пр иготовление холодильных см есей. Р а ств о р , содер жащи й
32,5 пр о цента хлористого кальция, з а м е р з а ет только п р и ми­
нус 5 1 гр адусе. Деревя н н ы е п р едм еты, п ропитан н ы е этой
солью, становятся н есгор а е м ы м и . Хл о р и стый кальций - в а ж­
ный м едикам ент.
I(альций входит в состав почти всех сортов стекл а . Однаде

=

87

ко обычное стекло пропускает л и шь более или менее оr·р а­
ниченный спектр лучей. Ультр а ф иолето в ы х лучей оно почти
н е п ропускает. I( в а р цевое стекло л ишено этого недостатка,
но оно з адержив ает луч и инфр акр асной ч а сти спектр а. З а­
м ечательным м атериалом для оптических приборов явли­
ются пр озр ачные о б р азцы минер ала флюорита - фтористо­
го кальция. Он пр о пуск а ет к а к ул ьт р а ф иолетовые, так и ин­
ф р акрасные лучи .
Мы н е случайно до с их п о р н ичего н е сказали о м етаю� и­
ческом кальции. Хотя пр ошл о полт ор а века с того м о м ента,
к а к ученые впервые получили этот м я гкий бл естя щи й м еталл
в чистом виде, но и сегодня о н испол ьзуется в основном
в виде соеди нений. Получ а ют металлический кальций э.11 ек­
тролизом б езводного хлористого кальция . О н н а ходит некu­
торое прим енение в м еталлургии. Бл а год а р я своей высокой
а ктивности кальц и й при до б авлении в р а спл а в ы м етал.;ю в
энергично соединяется с п р и м е с я м и , в том числе с газа ми,
и тем с а м ы м улучш а ет к а чество м еталл а .
ТРУДО ВО Й ВКЛ дД СОl&РдТЬЕВ

Соеди нения стронция, б а р и я и кальция прим еняютс я
пиротехник е : стр онций придает пламени красный, б а рий зеленый , кальций - кр асно-ор анжевый цвет. Это же свой­
ство м ожно использовать и для откр ытия этих элементов
п р и химическом а н ализе.
Если до б а в ить к р а створу, содер жащему серную кислоту
или ее соли, хл о р истый б а рий, немедл енно в ы п адает белы й
осадок н е р а створимого сул ь ф ата б а р и я , взвеши в а нием кото­
рого можно о п р еделить кол ичество сул ь ф ат- ионов в исход­
ном р а ств о р е.
Сульф ат б а рия используется к ак бел а я краска, а также
в р е нтгенотехн и ке и м еди цине в ка честве контр аст ного веще­
ств а . П р и исследов ании желудк а , н апример, п а циент прини­
м а ет к аш и цу из сульф ата б а р и я . А поскольку б арий ч астич­
но поглощ а ет р ентгеновско е излучение, стенки желудка ста ­
новятся види м ы м и . В а жно отм етить, что эта сол ь безвредн а
для организм а, в то в ре м я ка к р аствор и м ы е соли бария
чрезв ы чайно ядовиты ( т а к, хлор истый б а р и й , н а пример , при­
меняют для борьб ы с в р едител ям и р а стений ) .
в

88

Полезным св ойством б а р и я я вл я ется его спосо б ность об­
р а зовыв ать, кром е норм ального окисл а В аО, еще и перекись
В а О 2 . В технике это соеди нение получ а ют при н а гр е в а нии
окиси б а рия до 600 гр адусов в токе воздуха :
2 В а 0 + 02
2 В а02.
При действи и в оды н а пе реки сь б а р и я выделяется перек ись
водо рода :
В а ( О Н ) 2 + Н2О 2 .
В а О 2 + 2Н2О
При нагревании же выше 600 гр адусов пере�ись б а р и я р аз­
л а г а ется, отд а в а я кисл о р од :
2В а 02
2 В а 0 + 02•
Сульфиды щелочноземельных элементов входят в сост ав фос­
форесцирующих веществ . С о единения с серой, в котор ы х на
один атом м еталл а пр иходится н е один , а нескол ько атомов
сер ы ( полисульфиды ) , н а ходят п рим енение в ко жевенно й
про м ышленности для удаления волос со шкур .
=

=

=

КАЛ ЬЦИ Я' В КОСМОС Е

Мы с в а м и видел и, что к а льций является одн и м из с а мых
в а жных элем ентов З ем ли. Изучение упавших н а З емлю м е­
тео ритов позвол я ет убедиться в том , что н а ш а пл анет а не
исключение, что кальций есть и н а других небесных тел ах.
Ан а.11из каменны х метеор итов показал, что в них содержатся
зн а чительны е количеств а кальция ( в с р еднем 1 ,8 процента ) .
1\альций об н аружи в а ет свое присутствие во в селенной и
п r и спектр альном изучении зв ездных м иров. Ато м ы каль ц ия
есть в протуб ер а нц а х Солнца и н а м ногих звездах. Они в ме­
сте с ато м а м и других л егких элем ентов з апол няют меж­
звездное простр анство. Это обстоятельство дало в руки
астроно м а м ср едство дл я оценки р асстояний до далеких
звезд.
Всякое р а скаленное тело д ает сп ектр излучения, в кото­
р ом выделяются я р ки е линии составляющих его элементов.
О днако, если между источ ником излучения - зв ездой - и
спе к троскопом н аходится один и з тех же элементов в « Хол од­
ном :» состоянии, он н а ч и н а ет поглощать свет к а к р а з то й
дли ны вол н ы , которую излучает в н а гретом состоянии. Н а
89

месте яр кой пол о сы спектр а излучени я п оявляется те м н а я п о ­
лоса погл ощени я . Чем больше числ о « Х олодн ы х» а т о м ов э ле­
мента встр ечает световой поток, тем темнее полоса поглоще­
н и я. Е сли пр едположить , что атомы ка л ьци я р а спр едел ены
в межз вездном пр остр а н ств е в среднем р авномерно, тогда
л ин и я пог л о щ ения будет тем темнее, чем больше р асст о яние
от зв езды до н а бл юдател я .
Та к к аль ций сослужил еще р аз хорошую слу ж бу науке.
Н ет сом нения, что чем дальше, тем больше люди будут
узнав ать о к ал ьции, я вляющемся, по слов а м А . Е. Ф ерсм а ­
на , « одним и з са м ы х энергичных и подвижных атом ов м и р о ­
з да ния» . Н а верняка, кальций е щ е н е р аз послужит и аст р о­
номии. Н о, н аверно - и а строномы в э том согл а сятся с н а ­
м и , - са м у ю больш у ю и полезную службу он, как и р аньше,
будет служить н ам в нашем дом е . Недаром же кальций эл ем ент , б л а года р я которому человек прочно стоит н а земле.

1

основы
о с нов

Когда - нибудь ученые н апишут « Всеобщую и сторию угле­
р ода » - элемента, без которого н е м ы сл и м а жизнь н а З е м ­
ле, а б ыть может, и на других пл а нетах. Н о оди н ф акт его
«биогр а ф и и » в р яд ли уда стся установить с достов ер ность ю.
Н икто не ответит , сколько тысячел етий н аз ад пер в обытны й
человек впервые позн аком и л ся с угл еродом . В ер оятно, когда
в ы р в ал у п р и роды тайну получения огн я . Хими ческий эле­
м ент предстал пер ед н и м в виде п л а ме н еющих угольков пер�
вого костр а .
В глубокой др евн ости тер яются и следы кремния - бли­
ж айшего « собр ат а » угл е рода . В свободном состо я н и и о н был
получен н е м н огим м еньше полутор аста лет н а з ад. Но с его
соединени я м и люди позн акомились в ту бесконечно далекую
от н а с эпоху, когд а взял и в руки кремневые топор ы .
Е сли углерод «создал» н а З ем л е о р г а н ическую ж и з н ь , то
крем н ий - основ а неорган ической : земных р уд и м и нер алов.
Одним словом , он основной цемент «земной тверди» .
По стр ан н о й прихоти природы, углерод и к ре м н и й оказа­
л ись на одном « м ер иди а не» карты Стр а н ы элементов : об а
о н и представители четв ертой группы периодической систе м ы
Менделеева .
ГЛАВН Ы А ЭЛЕМЕНТ Ж И ЗНИ

Ка к это ни п а р адоксально н а первый взгл яд, содержани е
углерода в з е м н о й коре по ср а внению с други м и элемента м и
невелико - всего 0, 1 4 процента. Е го гор аздо м еньше, чем
кислород а , кремния, алюм иния, н атрия, м а гния и л и железа.
91

Но л егко п р едставить, к а к в ы гл ядел а бы н а ш а планета, есл и
б ы с нее исчез весь углерод : исчезло б ы все живое, цел ы е
гор ные хребты и плоскогорья , сложенн ы е из известняков,
Земля прев р а тилась бы в мер твую пустыню. Не было бы
угл я , нефти, даж е кл и м ат стал бы гор аздо суровее.
" один в ТРЕХ ЛИЦАХ.

.

.»

Угл ерод встр е ч а ется н а поверхности З е м л и и в виде со­
единений и в сво бодно м виде. С вободный углерод обр азует
т р и так н а з ы в а е м ы е аллотропические моди ф и к а ции.
Аллотропия довольно ч а сто встречается у элем енто в п е­
р иодической системы , как м еталлов, т а к и н е м еталлов . Ато­
м ы одного и того же элем ента могут по-р азному р аспол а ­
гаться в кр и сталлических р ешетка х ; тогда говорят о р азлич­
н ых аллотропических моди ф и кациях элемент а .
У углерода их тр и : а л м аз, гр а ф и т и а м о р ф н ы й углерод
(то есть с а ж а или древесный угол ь ) .
С а м а я р едкая, но и с а м а я своеобр а з н а я из этих форм а л м а з . Чистый а л м а з прозр ачен, бесцветен, о б л адает силь­
ным блеско м . П р и м ес и ч а сто придают ему р азлич ную окрас­
ку; в стр ечается даже черный алмаз. Он сильно з асорен гра­
фитом - другой аллот р о п ической м оди ф икацией угл е р о­
д а . Большая твердость а л м а з а был а известна уже не­
с1<0лько тысяч л ет н а з ад, и нет в пр и р оде веществ более
твердых, чем он.
Ал м а з в четыр е-пять р аз тверже в сех известных минера­
л ов и твердых спл авов, п р именяемых дл я е г о з а мены, кро м е
бор а з о н а . Ал м аз н ы й р езец служит без з аточки в тысячи р а з
дольше, ч е м р езец из с а мого тв ердого спл а в а . Поэтому ал­
м аз н ы е р езцы н ез а м е н и м ы в о м но гих отр а сл я х техники. Е сл и
бур ильщикам в стр еч а ется н а пути твердая порода, т о на по­
мо щь им пр иходит а л м аз. Н а бур н адев ают а л м а з ную ко­
р о н ку. К:о р о н к а , конечно, стал ь н а я , но в ее нижнюю, р ежу­
щую поверхность вдел а н ы специально з аточ енные обломки
к р исталлов а л м а з а . Недавно советские ученые и инжен еры
пр и н я л и р ешение о бурении сверхглубоких сI<важ и н . О н и до­
стигнут глуб и ны в 1 5- 1 8 килом етр ов и в ыведают у земной
кор ы ее новые тайны. Ал м аз н ы й бур поможет пр еодолеть
с а м ы е тверды е породы на пути буровых скв а ж и н .
92

.4АМА3

"'

TPY,ЖEHl'I�

В о м ногих о б л а стях техники а л м аз пока нез а м еним.
И только в своем самом старом п р и м енении - в качестве
украшения ( б р илли анты) - он уже давно вытесняется други­
м и, более деш е в ы м и др агоценны м и к а м н я м и и даже стеклом.
В едь для укр а ш е н и й огр о м н а я твердость алмаза не игр ает
никакой роли, а обыкновенное стекло и отшл ифовать гор аздо
легче, ч е м п р иродный а л м а з , и окрасить мо жно в с а м ы е р аз­
нообр азны е цвет а .
П р авда, алм аз гор аздо сильнее п р еломл яет свет, р азл а ­
гая его н а р азличные цвет а , и сильнее бл естит, н о есть к а м ­
н и , котор ы е в э т о м отношении н ичуть н е уступают а л м а зу.
Поэтому будущее п р и н адлежит не а л м азу-вельможе, огр а ­
ненному и отшл ифов а нному т а к , ч т о от его пр иродного веса
ост а ется одна треть, а а л м азу-труженику, нева жно к а ком у ­
черному, желтому и л и проз р а ч ному, как вод а , но всегд а
прочному и побеждающему пока все другие м атер иа л ы .
Ал м а з , как и м ногие другие полезные иско п а е м ы е, встре­
ч а ется в о сновных и россыпных, так н а з ы в а емых вторичных,
м есторождениях. О н обр азуется на большой глуб и н е под дей­
ствием о громных тем пер атур и давлений. И ногда глуб и н н а я
м а гм а прорывается наверх и з аст ывает в в иде узкой, р а сш и­
ряющейся кверху ким берлитовой трубки. Такие выходы из ­
да в н а были известны в А фрике и Б р азил и и . Несколько л ет
н а з ад и у н а с в .Я кути и о б н аружены кимберлитовые трубки ,
содержа щие богатейш и е з а п а с ы а л м азов. Однако содер жа­
н и е аJ1 м азов в кимб ерлите - н е более одного гр а м м а н а тон93

ну, а дроблен и е твердой породы и отделение а л м азов - труд­

ная задача. Поэтому ч а сто алм азы добыв ают из вторичных
россы п ных м естор ождени й . О н и обр азуются тогда, когда
верхн яя ч а сть основ ного м есторождения р азрушает ся и в ы ­
м ы в а ется водой.
Много усилий потр атили ученые, п ы т а ясь получить искус­
ственные а л м азы.
Первые опыты став ил ись еще в конце п р о шл ого века. О ни
н е и м ел и успех а . В л а б ор аториях нужно было создать такие
условия, к а ки е существуют в глуби н а х Земли: в ы сокие тем ­
пер атуры и о гр о м н ы е давления. Это позвол и л а сдел ать л и ш ь
новая техник а . В 1 956 году англи й ским у ч е н ы м удалось
синтезировать а л м а з . Они и спользовали давление свыше
1 00 тысяч атмосфер в сочет а н и и с темпер атурой около 3 ты­
сяч гр адусов . В 1 96 1 году сов етские ученые, научные сотруд­
ники И н ститута с интетич еских сверхтвердых м атериалов
в Киеве и з готовили в под а р о к XXI I съезду КПСС 2 тысячи
к а р атов и скусственных а л м азов ( 1 к а р ат = 0,2 гр а м м а ) .
В чем ж е п р ич и н а огромной прочности а л м а з а ? Связь
атомов угл ерода м ежду собой отл и ч а ется огр о м ной устойчи­
востью. В алм азе каждый атом углерода связан с четырьмя
други м и, причем о б р а зуется сим м етр и ч н а я ф и гур а тетр аэдр а .
Чтобы ото р в ать хотя б ы один атом углерода с поверхности
ал м а з а , нужно р азорвать не м енее двух углерод-углеродных
связей. Такая прочная химич еская связь и в з а и м ное р а споло­
жение атомов п р идают кристал л а м ал м а з а и х удивител ьную
твердость.
Н о стоит л ишь « пер естр оить» кр и сталлическую р ешетку
ал м а з а , к а к исчез а ет его твердость, и в м есто пр екр асного
блестящего к р и сталл а м ы получаем м я гкий м и н е р а л . Это
гр афит.
В кристалл ической р ешетке гр а ф ита каждый атом угле­
р ода тоже соедин е н с ч етырьмя другим и , но в противополож­
ность а л м а зу все эти ато м ы л ежат в одной плоскости. По­
следние св я з а ны м ежду со бой сл а б о , поэто м у графит л егко
р а с сл а ив а ется на ч ешуйки, отдельные его п лоскости сколь­
зят друг вдоль друг а . Это свойство позволяет п р и м енять его
в к ачестве твердой см азки.
Г р а ф ит и м еет серы й цвет и а б солютно непрозр а чен. Он
хорошо проводит электр ический ток.
В п р и р оде гр афит о б р а зует цел ы е м естор ождения. Его
94

м ожно получить и искусствен н о : н адо нагревать ч и стый уголь
нескольких тысяч гр адусов без доступа воздух а . Е сл и
в а н а л о ги ч н ы е условия ( пр и темпер атуре около 2000° С ) по­
м естить а л м а з , он п ер еходит в гр а фит. Это св идетельствует,
что гр а ф и т - н а иболее усто йчив а я при обычных услов и ях
фор м а угл ерода.
Сейчас гр а фит н аходит большое п р именение в п р о м ы ш­
л енности. Из него дел ают р азличные трущи еся контакты,
эл ектроды дл я электр опечей , угли дл я прожекторов, тигли
для п л а в ки м еталлов, н а конец, стер жни с а м ы х об ычных ка­
р а ндашей. Но больше всего ч и стого гр а ф ита (десятки тысяч
тонн) используется в атомных р е а кторах.
Ученые о б н аружили, что ч и стый гр а ф ит почти н е погл о ­
щает нейт р о н ы, о б р а зующи еся п р и делении ур а н а , и в то ж е
время о ч е н ь хорошо з а м едля ет их. Кр о м е того, гр а ф ит де­
шев, л егко о б р а б атывается, не б о ится в ысокой темпер атуры
и излуч ений р е а ктор а . В с е эти кач ества сдел а л и его нез а м е­
ним ы м м атер и алом в атомной пром ышленности.
Тр етья аллотр опическая форма угл ерода в стр еч а ется в
п р ироде в виде обычной сажи, а также к а м енного и др евес­
ного угл я . Пр авда, к а м е н н ы й уголь - это н е совсем ч и сты й
у гл ерод. Луч ш и е его сорта - а нтр ациты - содер жат не б о­
лее 95 процентов угл ерода, о стальное приходится н а п р и м е­
с и : соединен и я угл ерода с водородо м , серу и негорючие ве­
ществ а ( р аз л и ч н ые соединен и я кр емния) , дающие при сго ­
р а н и и золу и шл а к.
Угол ь широко испол ьзуется в м еталлургии для в ыпл а вки
чугун а . Чем выше к ачеств о угля, тем ч и щ е получ а ется чугун.
Поэтому уголь в н а ч а л е ста р аются очистить от п р и м есей, пе­
р е р а б атыв а я его в кокс. Для п р и готовления кокса угол ь
сильно н а грев ают б ез досту п а в оздух а ; л етуч и е о р г а нические
веществ а и ч а сть сер ы и с п а р яются, давая коксовы й газ, ко­
тор ы й с а м по себе я в л яется ценным сырьем. О ставшийся
посл е прокалив а н и я к а м е нноугольный кокс идет н а метал­
лургические з а в оды.
Изда в н а для выплавки чугу н а и стали п р именяли и др е­
весный уголь. Р а ньше, когда не умели приготовлять из ка­
ме нного угля кокс, в есь чугун в ы пл авляли с п омощью др е­
весного угл я . Почти все леса Англ и и были сведены н а уголь
для м еталлургической промышленности.
Древесный уголь с нискал себе сл аву и как вел и колепный

до

95

поглотител ь газов. Этой способ ностью обл адают м ногие ве­
щества , но д р евесный ( особенно березов ы й ) уголь оказы­
в а ется вне конкур енции. Один о бъем древесного угля спосо­
бен погл отить п р и ком н атной темпер атур е до 200 объемо в
воздуха и еще большее количество ядовитых г азов : хлора,
фосгена и других - так вел и к а его пор истость. Поэтому
др евесный уголь с успехом используется в противогазах, з а ­
м еняя сложные хим ическ и е ф ильтр ы .
Ес л и угол ь охл адить жидким воздухо м , е го поглотитель­
ная способность возр а стает пр и м ерно в десять р а з. Этим
п ользуются в л а бо р аториях для созд а н и я в а куум а . Охл а ж ­
денные кусочки угля пом ещают в сосуд, откуда выкачивают
воздух, и к а жд ы й кусочек «впиты в а ет» в себя в л а гу и газы,
котор ы е н адо удалить. В а куум в сосуде р езко повы ш а ется.
Между п р о ч и м , угл ерод является одним из с а м ых ту го­
плавких в еществ . Он пл а в ится п р и тем пер атур е около
3700 гр адусов.
С хим ической стороны углерод оказы в а ется м а л о а ктив ­
ным эл ементом. Однако он « инертею> л и ш ь п р и обычных
условиях. Достаточно высокие темпер атуры з а ставляют его
всту п а ть в р еакции со м ногими элемент а м и - м етал л а м и и
н е м ет ал л а м и .
И з т р е х аллотропических ф о р м с а м о й р е а кционноспособ ­
ной о к а з ы в а ется а м о р ф н ы й угл ерод. П р и небольшом нагре­
в а н и и н а воздухе о н энергично соединяется с кислородо м, о б­
р а зуя дв уокись углерода - углекисл ы й газ СО2. Если горе­
ние происходит п р и недостатке кислород а , получается угар96

н ы й газ - окись углерода С О . С серой угл ер од обр азует
оч ень важное соедин ен и е - сероугл ерод, п р екр а снейший
раст во р ител ь жиров, м асел и смол. К. х и м и ч еским свойств а м
углерода м ы еще вернемся.
САМОЕ ВАЖНОЕ

СОЕДИ Н ЕНИЕ

УГЛЕРОДА

Оно н е только с а м ое в ажное, но и с а м о е вездесущее.
Угл екисл ы й газ содер жится в ат м осфер е (0,03 процента ) ,
р а створен в воде рек и м о р ей , в ыделя ется в огр ом ны х коли­
чествах при извержениях вулк а нов и , сл едо в ательно, содер­
жится в недр ах З емли. Любо пытно, что на В енер е его н е­
сравненно больше, чем в з е м н о й атмосфере.
Угл екисл ы й газ непрер ы в н о п ер ер а б атыв а ется р а стени я­
ми в о р г анические вещества , р а стения поедаются животны­
м и , кото р ые в ыдыхают углекисл ы й газ, и угл ерод вновь, та­
ким обр азом, попадает в атмосферу. Т а к п р о и сходит круго­
во р от угл ерода в природе. Однако этот цикл имеет и
р азветвл ения. З н ачительные количества угл екисл о го газа по­
ступают в атмосфер у З ем л и п р и извержениях вулк а н о в . В то
же время м н ого угл екисло го г а з а , р а створ енного в воде океа ­
нов в ф о р м е к а р б о натов, используется м орским и животн ы м и
для построения скелетов и р а ковин.
В др евн и е пер иоды и сто р и и З ем л и огр о м н ы е коли честв а
углерода были выведены из круговорота жизни и погребены
под толщей ос адоч ных пород в в иде зал ежей кальцита, ка­
м ен ного угля и нефти .
В течение посл еднего стол етия человек, до б ы в а я и с ж и­
гая большие колиqеств а полез н ы х ископаемых, у в ел ичил по­
ступление углекислого г а з а в атмосферу. С одер ж а н и е его
в атмосфере сейч а с м едл е н но н а р а ст а ет. Но не только п ищей
р а стений служит угл екисл ы й газ, он еще и «одеяло» Зем.·ш.
О н л егко пр опуска ет солнеч н ы е лучи, н а греваю щие зем ную
поверхность, н о з адержив а ет и н ф р а кр ас н ы е лучи, котор ы е
Земля изл уча ет в м ировое п р остр а нство. Е сл и б ы в атмосфе­
ре отсутство в ал углекислы й газ, кл и м а т н а ш ей п л а н еты б ыл
бы н а м ного холоднее и суше. Поэтому деятельность человека,
посте пенно увел ичивающего содер жание СО2 в атмосфере
Земли, дол жн а со временем пр ивести к потепл ению и увла ж­
нению климат а .
97

Угл екисл ы й газ не т ак безвреден дл я о р г а н и з м а челов ека,
к ак м ожет показ аться н а первый взгляд. Когда е г о в возду­
хе больше 3 пр оцентов , это в ед ет к серьез н ы м н а рушен и я м
р а боты организм а . П р и 1 О-п роцентной концент р ации н а сту­
п а ет почти м гновенная с м ерть в сл едств и е остановки ды·
х а н ия .
В пов седневной п р а ктике СО2 широко п р и м еня ется в в и ­
де т а к н аз ы в аемого сухого л ь д а - твердого угл екислого га­
з а . О н испол ьзуется для охл аждения, а также п р и проведе­
нии в з р ы в н ых р а бот. С этой целью его пом ещают поверх з а ­
р я д а взрывчатого веществ а . П р и высокой темпер атур е сухой
л ед м гновенно и с п а р я ется с обр азов а нием большого объем а
С О2, что з н ачител ь н о увел и ч ивает силу в з р ыв а .
ОСНОВА «ЧЕРНОГО З ОЛО ТА"

Н ефть - сложная см есь р азличных соединений углер о ­
да, в ст р еч аю щихся в п р и р оде. Это ч е р н а я м а сл я нистая жид­
кость с х а р а ктер н ы м з а п ахом, в состав которой входят угл е­
водороды и более сложные органические соединения. Н ефть
пер ер а б атыв а ется на х и м и ч еских з а в одах. С н а ч а л а отго няют
и з н ее самые л егкие мол екул ы - бензин, з атем бол ее тяже­
лые - кер осин и , н аконец, смазочные м а сл а . О ставшаяся
см есь н а з ы в а ется м азутом и используется в к а ч естве топл и в а
п р и в а р к е ста л и в м артеновских печах, в топках пар оходов
и эл ектр о станций. Пр одукты, содер ж а щиеся в м азуте, п р и ­
м е н я ю т с я дл я производств а взрывчатых, кр а с ящих и л ека р ·
ственных в еществ .
Ч а сто п о л а гают, что нефть о б р а зует под землей цел ые
«Озер а » и д а же « м о р я » . Действительно, н е р едко бывает, что
после пр оходки скв ажины н ефть бьет фонтан о м . Один т а ­
к о й ф о нт а н может дать о т 1 00 до 1 О О О тонн н ефти в сутки.
Однако она отнюдь н е собир а ется под землей в естественных
нефтехр а н илищах, а пропитыв а ет, к а к губку, р ыхлые, порис­
тые п о р оды и изли в а ется на п оверх ность лишь бл а годар я
давлению в е р х н и х слоев Земли и р а створ енных газов. Е с л и
же д а в л е н и е н е ф т и в п л а сте н едостаточно, ее приходится в ы ­
качив ать н а со с а м и . Тогда д л я п оддер ж а н и я необходимого
пл астового давления, то есть давления, под котор ым в пл ас­
те породы н а ходится нефть, т у д а з а кач иваю т воду.
98

Если происхождение к а м енного угля из древних р а стений
не вызыв а ет у ученых сом нений, то в вопросе о п р о исхожде­
нии нефти до с их пор еще н ет еди ного мнения. Н екоторые
иссл едо вател и , в том числе Менделеев, сч итали, что неф т ь
образовалась из м инеральных веществ - к ар б идов м етал­
лов, излившихся из земных глу б и н , и воды. Е с л и это так, т о
м естор ождения нефти дол ж н ы р аспол а гаться в основном
окол о трещин земной кор ы , у :м ест вулкани ч еской деятель­
ности. Но из l О тысяч м естор ождений нефти, известных н а
Земле, только 30 р а сположены в б л и з и трещин земн о й кор ы,
а остальные з а л егают в осадочных породах, н и когд а н е со­
пр и касавшихся с м а гмой.
Поэтому большинство ученых в н а стоящее в р е м я п ридер ­
ж ивается и ного м нения. По-вид имому, нефть обр азов а л а с ь
из остатков древних ж ивотных и р а стений. Е с л и такие остат­
ки поп адают в среду, содер ж а щую кислор од, они пр и р азло­
жении да ют к а м ен н ы й уголь. Н о есл и ср ед а , в которой захо­
ронены органические остатки, б ед н а кисл ородом, о бр азуетс я
нефть. П р и этом уголь т а к и оста ется н а м есте з ахор оне­
ния, а нефть перем ещается под землей и м ожет р а ссеяться,
если не в стр етит б л а гопр иятных усл о в и й дл я н а копления в ыпуклых «линз» из гл и н и стых грунтов .
Когда вы ш ел еж а щи е с л о и породы непр о н ицаем ы и дл я
газов, то с а м ы е л егкие из о б р а зующихс я угл еводо р одо в м ет а н , этан и другие - тоже н а капливаются под землей и
обр азуют м есторождения п р и р одного г а з а . П р и р одный газ с а м о е дешевое и прекр а сн о е х и м ическое сырье.
Yl"JJEPO Д

В

НЕОР ГА НИЧЕСКОА ХИМИИ�

По м ногообр а зию и ч исл енности своих соед и н е н и й угл е­
род оставдяет поз ади все о стальные элем енты т а б л и ц ы Мен­
дел еев а , в м есте взятые.
В сочетании с в одородом, кислор одо м , а зото м , серой и
фЕ>сфором о н о б р а зует почти все орга нические в еществ а , су­
ществующие в природе и синтез и р о в а н н ы е в л а б ор атор и и .
Их известно б о л е е двух м иллионов и теор етически возможно
бесконечное м ножество. По обр азному в ы р а жению акаде­
м и ка Несмеянова , язык о р г а н и ч еской х и м и и - это я зык, а л ­
ф авит которого состоит всего из ш ести букв, а словарный з а 99

пас неп р е р ывно р а стет и уже сейчас с тр удом умещается
в с от не объемистых то м о в .
Многоо б р а з и е углер одистых со един е н и й обу с лов J1 ено уни­
кально й способ ностью атомов углерода обр азовывать чрез­
в ы чайно проч н ы е связи др уг с друго м . Цепи из yr леродных
атомов м огут достигать очень большой дл и н ы и в п о л н е
устойчив ы . В то же в р е м я да же короткие це п и из атомов
д р угих э л е м ентов в подавляющем большинстве случаев н е­
п р о ч н ы . Т ак, н а пр и м ер , для кислорода м а кс и м а л ь н а я дл и ­
на цепи состоит из двух атомов; соеди н е н и я , содержащие т а ­
к и е цеп и , м а лоустойчивы. Для угл е р ода
получено вполне
устойчивое соеди нение, содержащее цепочку из 70 углерод­
ных атом о в .
Но и в неор г а н ической х и м и и угл ерод з а н и м ает видное
м есто . О со бо нужно отметить углекислый газ и его произ­
водные.
Р а створ яясь в воде, углекислый газ соединяется с ее м о ­
л е куJ1 а м и и о б р а зует с л а бую угольную кислот у Н 2 СО3•
В чистом в иде эту кислоту получить нево з м ожно, потому
что о н а очень н еустойч и в а . Н апротив, со л и угольной кисл о­
т ы - к а р б о н аты и б и к а р бо н а ты - соединения устойчивые.
С а мое в ажное из них - к а р бонат н атри я Nа2СОз, ил и со­
да, - н аходит огро м н о е применение в промышленности и
х о з я й ств е. Ан а л о гичное соединение калия ( К2СОз ) называ ется
пот а ш о м . К: а �< и в с е соли калия, это очень ценное удо б р ение.
E c JJ и металл з а м естил в молекул е угольной кислоты только
оди н атом водорода, получается би к а р бо н а т . Н а и более из­
двууглекисл а я , и л и питьев ая , сода
вестн ы й б и к а р б онат
NaHC03.
Другое в ажное соединение углерода с кислородом - его
-

о к и сь с о .

1 00

К.ак м ы уже го ворили, окись углерода о б р а зуется п р и го­
р е н и и угля, есл и кол ич ество кислорода недостаточ н о дл я
е г о полно го сгор а н и я . П р и нехватке воздуха в нижней ч а сти
печи , гд е кислород еще есть, идет о б ы ч н о е гор е н и е с о б р а ­
зов а н ием угл екисл о го газа : С + 0 2
СО2, а в в ерхней е е
ч а сти р аскал е н н ы й уголь о м ы в а ется у ж е н е воздухо м , а С О2,
у голь отним а ет кислор од у углекислого газа и о б р азуется
2С О.
окись угл ерода : С + СО2
Окис ь угл ерода иногда н а зыва ю т уга р н ы м газом, потом у
что о н а очень ядовит а. Отр авление ею ( у га р ) ч а сто происхо­
дит п р и пр еждев р еменном з а к р ы в а н и и дымохода в печи. При
отр авлении окисью угл ерода человеческая кр о в ь теряет спо­
с о бность поглощать и п ер ед а в ать тка ням о р г а н изм а кисло­
р од воздух а . Это может п р ивести к смерти.
Взамен н едостающего (до устойчивого соеди н ения С О2 )
кислорода окись угл ерода охотно присо еди няет другие ато м ы
и л и гр уппы атомов. Химики в таких случ а я х гово р я т о скло н ­
ности к р е а кциям п рисоединения. Н а п р и м ер , п р и темпер ату­
р е окол о 500°С или просто н а свету окись угл ерода «захва­
тыва ет» дв а атома хлор а : С О + C l2
COCl2. О б р азуется
из в естно е отр авляющее в ещество - фосген. Фосген - очень
ценный р е а ктив для получ ения м ногих сложных органиче­
ских соединен и й. П р и п о в ы ш енной темпер атур е и большом
да влении окись углерода соеди няется с метал.11 а м и ; таким
путем уд ается получить, в ч а стности, летучее соединение
ж ел ез а - к ар бонил желез а Fе ( С О ) п .
При сгор а н и и окиси углерода в ыделя ется большое коли­
ч ество тепла , поэтому е е получают в р азличных газогенера ­
тор ных уст а новках и испол ьзуют к а к гор ю ч и й газ.
При подземной газификации уголь в з н а чительной степе­
н и п р е в р а щ а ется в окись угл ерод а , котор а я з атем в ы в одится
по трубам на поверхность и ис пользуется.
С пом ощью окиси угл ерода может быть получ е н а синиль­
ная, или ц и а нистоводородн а я , кислота H C N , н а п р и м е р , при
в з а и м одействии с а м м и а ком : С О + N Н з
HCN + Н2О.
Синильная кислота - один из с а м ых сильных ядов.
При высоких тем п ер атур ах углерод соединя ется со мно­
гим и м еталл а м и, о б р азуя к а р биды. Н а и более и з в естн ы к а р ­
биды воль фр а м а WC и W2 C . О н и н ез а м ен и м ы п р и изготовле­
нии сверхтвердых сплавов, по твердости прибл и ж а ющихся
к ал м а зу.
=

=

=

=

1{)1

С а м ы м п ростым соединением угл ерода с водородом, н а ­
ходяrци мся на условной г р а н ице орга нических и неор ганиче­
ских соеди нений, является газ м ет а н С Н4. О н получа ется при
в ысокой темпер атуре п р я м о из углерода и в одорода . В при­
роде о н о б р а зуется п р и р а зложении органических в еществ
без досту па в оздуха . Мет а н - гл а в н а я ч а сть п р иродных го­
рючих газов.
Атомы водорода в м ет а н е м о гут полностью или частично
зам еститься на ато мы гал оидов. П р и з а м ещении трех ато­
мов водорода атом ам и хло р а обра зуется хлор оформ С Н С13,
ши роко п р и меняемый в м едицине, а если все четы р е ато м а
водорода з а м ещены х л о р о м , получ а ется ч етыреххлористый
угл ерод CCJ 4
очень хороший негорючий р а створитель.
Р а з л и ч н ы е смеси т а ких галоидных соединений угл ерода, как
C C l2F2, CCIFз и т. д., носят техническое н а и м ено в а н и е фр ео­
нов и испол ьзуются в холодильной технике.
В о всяком случ ае, и по многоо б р а зию своих неор г а н и ч е­
ских соеди нений углерод з а н и м а ет одно из в едущих мест с ре ­
д и всех элементов п ер иодической систем ы .
-

КРЕМНИ А - 1t &ОГ » Н Е О Р Г д Н И Ч Е С КОА П Р И Р ОДЫ

Кр е м н ий - з а м еч ательный химический элем ент, атом ы
которого широко р аспрост р а нены н а З емле. Хотя оболочка
на шей п л а неты сла гается из огромного кол ичеств а не похо­
жих друг на друга м и н е р а л о в , кремний з а ним ает в идное м ес­
то в б ольшинстве из них. Н а долю r<ремния п риходится око­
ло 30 п роцентов веса земной коры. Кремний содержится во
всех р а стениях. О собенно м ного его в хвоще и б а м бук е.
В небольших коли честв ах кремний в ходит т а кже в сост а в
ж и в ы х организмов, а некоторые микроор ганизмы используют
р аствор е н ную в океане кремниевую к ислоту для постройки
своих крошечных скел етов. В организме ч е ловека кремния
м енее 0, 1 п р о цента, и его биологическ а я роль пока неяс н а .
Атом кремния т а к ж е , к а к и атом угл ерода, четыр ехв а ­
лентен. Э т о зна чит, что он может присоединить четыре одно­
в алентных ато м а , н а п р и м ер водорода или фтор а .
С р а внительно боль ш а я химическая а ктивность кр е м ния
пр иводит к тому, что элемент н е может н а ходиться в приро­
де в сво бодном состоянии.
1 02

Н а ибол ее удачно сочетаются элек­
тр онные оболочки атома кре м н и я и двух
атомов кислорода, о б р а з уя двуокись
кремния. Это очень тугоплавкое, твер­
дое, х и м ически м ал о а ктивное вещество.
Двуокись кремния в стреча ется в п р и р о ­
д е в р а зличных видах. Ч а ще всего это
бел ы е кварцевые жилы, п р о р ез а ющие
более мягкие минералы, или п р одукт
в ыветр и в а н и я горных пород - бел ы й
кв ар цевый п есок.
Р еже встр ечаются р аз л и ч н ы е к р а с и во окр а шенные п р и м еся м и р а зновидности кв а р ц а : я шм а,
агат, х алцедон, тридимит, кристо б а л ит.
Обычно 1ш а р ц состоит из множества сросших ся между
собой белых полупроз рачных кристалликов. О н очень про­
ч ен - прочнее многих других м и н е р а л о в . П р и в ыветри в а н и и
гор ных пор од кв а р ц р азруш а ется последн и м , о б р азуя «остан­
цы» к в а р цевых жил ; продукт их р а зрушения - кв а р це вы й
песок - ч а сто содер жит золото ( золотой песок и даже с а мо­
р одки весом до нескольких килогр а м м ов ) . Особенно пр о чн ы
н атеч ные формы кв а р ца - я ш м а и а г ат. И з я ш м ы и а гата
изготовляют красивы е украшения и некотор ы е технические
детал и : хим ические ступки, пр и з м ы дл я точных в есов , ка м­
ни дл я ч а сов и измерительных п р и боров.
Довольно ч асто встречаются в п р ироде бол ь ш и е прозрач­
ные кристаллы кв а р ц а - горный хрусталь. Один из н а йден­
н ы х н а Мада гас к а р е и м е л в дл ину 8 метров .
Р а ньше гор н ы й хрусталь служил л и ш ь укр ашением, н о
сейч а с ученые р а скрыли м ногие з а м ечател ь н ы е свойств а
этого красивого м и н е р а л а , и прим енение его в науке и тех­
нике очень широко. Если изги бать п л а стинку, в ы реза н ную и з
кристалла горного хрусталя в о п р еделенном н а п р авлении, н а
ее пл оскостях появляются электрические з а р яды. Б л а годар я
этому свойству кр исталлы хрусталя называют п ь ез оэл ектр и­
чески м и . Так и м и же свойств а м и обл адает н е только ква р ц,
но и другие в ещест ва , н а п р и м е р сегнето ва соль. Но в кв а р ­
ц е о н и очень уда ч но сочетаются с исключительны м и механи­
ческим и свойств а м и . Он очень прочен и упруг. Если изгото­
в ить из кв а р ца ка мертон и пом естить в ва куу м, о н м о ж е т

1 03

колебаться ч а с а м и . Тем пер атур а н а кв а р ц почти не действу­
ет, его коэф ф и циент р ас ш и р е ния ничтожно м ал .
Есл и к плоско стя м кв а р цевой пластинки, покрытым слоем
м еталл а , подвести переменный ток, о н а пр идет в кол еба тель­
ное движение. Кол ебания усилятся, когда н а ступи т резон а н с ,
ч а стота электрического поля ср а в н яеl'ся с ч а стотой ее сво­
бодных кол е б а н и й . Кв а р це вые пьезоэл ектрические п л а стин ­
ки очень ш и р око п р и м е н яются в технике. С их пом ощью ста­
билизируется дл и н а волны р адиостанций, полу ч а ется ул ьтр а­
звук. Пьезокв а р цевые пл астинки использую1'ся дл я созда н и я
сверхточных «квар цевых» ч а сов, дл я и з м е р е н ия огр о м н ы х
давлений, возни кающих, н а п р и мер , в стволе о р уди я .
Учены е установили, что I<ва р ц п р оз р ачен н е только для
в иди мых лучей, но хорошо пропуск а ет ультр афиолетовые
лучи. П оэтому из кристаллов гор ного х р усталя изготовляют
дет а л и точ н ейших оптических приборов - линзы и п р измы.
Двуокись кр е м н и я - простейшее, н о не са м о е р ас п р о ­
стр а н енно е в п р и роде е г о соединение. Го р а здо большее к о ­
л ич ество кремния входит в состав м и н ер а лов, сост а вляющих
основу з е м н о й кор ы : б а з а льта, гр а нит а , гнейса и других.
Многи е содер жащие кремний м и нер алы широко испол ь ­
зуются человеко м . Совершенно нез а м ен имы п о с в о и м свой­
ствам слюда и асб ест. Кристаллы слюды легко р а с щепляются
н а тоюше пл а стинки. Ее п р и м еняют для изготовления р аз ­
в ы сококачестве нных
элем ентов,
л ичных н а гр ев ательных
э J1 ект р и ч еских конденсаторов, тончайших окошек счетчиков
з а р яженных ч а стиц, п р и меняемых в а то м н о й ф изике. В др ев­
ности, когда люди еще не умели дел ать оконное стекло, в ок­
на в ставляли пл а стинки слюды.
Асбест - бел ы й волокн и стый минерал , пр екр а сный т еп 104

ловой и элект р и ч еский изо л ято р , в ыдерж ива ющий темп е р а ­
т у р ы в ыше 1 000 гр адусов . И з асбест а изготов ляют огнеуп ор­
ный картон и несгор аемую ткань, см есь а сбеста с цем е н­
том - асбоцем ент - п р екр асный строител ьный м ате р и ал,
сочетаю щий прочност ь цемента и эл астичнос ть а с б ест а .
С В ОЙС Т ВА К Р ЕМНИЯ

Долгое в р е м я ученым не уда в алось получит ь достато чно
ч и стый кремни й и исследо в ать его свойств а . С ей ч а с с по­
м ощью пер егонки в в а кууме и други ми метод а м и получаю т
кремний чистотой до 99,999 процента и выше. Ч и стый крем ­
н и й о б р а зует твердые крист аллы серо-ста льного цвета, р а с­
пол ожение атомов в котор ых такое же, как и у ал м а з а . Но
а л м а з - хороший изолято р , а кремний - полупро водник.
Сверхч истый к р ем н и й н ез а м еним для изготов ления солнеч ­
ных фотоэле м ентов , им еющих в ысокий коэф ф и циент полез­
ного действ ия .
Кремни евый сол нечный фотоэл ем ент - это м еталли ческая
пластин ка, покрыта я тонч а й ш и м , полупро з р а ч н ы м слоем
кремни я. Солнеч ный с в ет в ы б и ва ет из атомов крем н и я элек­
троны, которые создают элект р и чески й ток. «Солнеч ные» б а ­
т а р е и кремни евых ф отоэлем ентов с н а бжают эл ектроэ нерг ией
косм ические кор а бл и .
Из кре м н ия изготов л яют полупр оводн и ков ы е диоды и
три оды. О н и п ри м еняютс я в р адиоте хни ке для прием ников,
ус илителе й, р адиол окаторо в и р азличны х п р иборов.
П р и обычно й темпер атуре к р е м н и й - инертн ое в еществ о.
П р и н а грева н и и же он соединяе тся почти со всеми элемен-

1 03

т а м и . Н а и более в а жны его п р и родн ые со еди нения - мине­
р а л ы , о 1шторых мы р а ссказа л и , и много ч и сл е н н ы е соли I<р ем­
ниевой кислоты H 2 S i O з . Эта очень сл а б а я кислота о б р а зует
в воде не обычный, а так н аз ы в а е м ы й кол л о идн ы й р а створ.
Коллоидный р а створ - это очень тон к а я взвесь: на свет он
выглядит м утным, но н е о с едает, пото м у что ч а стички р аст­
воренного в е ществ а очень м а л ы . Почти в с е соли кремниевой
кислоты нер аствор и м ы в воде. Некото р ы е и з них - поле­
в ы е шп аты - широко р а спростр а не н ы в п р ироде. Хорошо
ра ство р яется только натриев а я соль к р е м н и евой кислоты
N a 2 S i 0 3 • Е е р аствор в в оде н а зыв ают жидким стеклом и ис ­
пол ьзуют для из готовления клея и к а к огнеза щитный состав
дл я пропитки тка ней и дер ев а .
СТ ЕК ЛО

Не будь кремния - не было бы и стекл а . Тепер ь изве�т­
но м н ого р а зл ичных сортов стекол .
О б ыч н о е стекло (оконное, бутылочное) - сложная соль
к р ем ниевой кислоты Na 2 C a S i 60 l 4 или N a 2 0 · С а О · 6 S i 02 . Его
изготовл яют в огром ных печах, спл авляя п есок S i 0 2 , изв ест­
няк С а СОз и соду N а 2 С О з . П р и м еси жел еза ч а сто окр а шива­
ют т а кое стекло в желто-зеленый цвет. Если нео бходи мо
получить окрашенное стекл о, то до бавляют в р а сплав ра з ­
личн ы е п р и м еси - кобальта для синего цвет а , хрома для зе­
л еного и т. д. Для получения деко р а т ивного стекл а с силь­
н ым блеско м ( «хрустального » ) добавляют к составу сол и
свинца.
Обычное стекло и м е ет оди н большой н едост аток: о н о лег­
ко бьется п р и уда р а х и трескается п р и н е р а в ном ер ном н а гре­
вании. Н а ш а пром ышленность в ып ус к а ет для автомобилей
специальное з а к а л ен но е небьющееся стекл о . 3 а счет з акалки
н а ружный слой этого стекл а сильно сжат, а в нутр енний р астянут. Поэто му оно прочнее обычного стекл а , а есл и
все-таки р а з б и в ается, осколки по.тrуч аются туп ыми.
Для изготовления х имической посуды используют тер мо­
с тойкий сорт стекл а «пирекс», а дл я р а боты п р и особо в ы­
с окой темпер атуре - к в а р цевое (чистый S i 02 ) . Оно почти не
расширяется при н агр ев а нии, п оэто м у его можно р а скалить
докр а с н а и опус"Гить в холодную воду - он о не треснет.
1 06

В некоторые сорта стекл а л егко в п а и в а ются м еталлическ и е
провол очки - его используют дл я изготовл ения эл ектр о­
ламп и р адиол а м п .
Особо тщательно - стро го по специа л ьны м р ецепта м « в а р ится» оптичес кое стекло. О бъектив тел еско п а или фо­
тоа п п а р ата дает хорошее изо б р а же ни е лишь в том сл учае,
когда н а л ицо а б солютна я п р о з р а чность оптического стекл а .
Чтоб ы изделия из оптич еско го стекл а н е изм еняли свою
форму п р и шл и ф о в ке, з а готовки и здел и й тщател ь н о отжига­
ют - очень м едленно охл а ждают. С а м ы е луч ш и е р езул ьт а­
ты дают о бъективы, линзы кото рых изогнуты из двух сортов
стекл а : к р о нгл а са и фли нтгл аса . И з л егкого кро н гл а с а де­
л а ются в ы пуклые, а из тяжелого флинтгл а с а - во гнутые
линзы. Т а кое сочет а н и е л и н з помог а ет о бъективу соб и р ать
л уч и всех цв етов в одну точку, не дав а я цветных полос по
к р а ям и з о б р а жения.
К ЕРАМИКА

Кер ам ические издел ия с незапа мятных в р ем е н вошли
в жи знь чело в ек а . С а м ы й древний п р имер кер а м и ч еского из­
дел ия - кирпич. Кирпичи и зготовляют из в л а жной см еси
гли н ы и песка , сушат и затем обжигают. Обожже н н а я см есь
спекается и перест а ет п ропускать и поглощать в оду.
Д а в но известно людям гончарное рем есло - и зготовле­
н и е гл иняной посуды . Гон ч а р бросает ко м о к гл и н я ного тес­
та н а м едлен н о в р а щающийся круг и лов ки м и движе н и я м и
п а л ьцев в ытяги в а ет и з бесформенной гл и н ы стенки горшка,
тарелки, кринки. Готовый сосуд покрыв а ется узор а м и , под­
реза ется тонкой н иткой и ст а в ится на п росушку. Обязател ь­
ной опера цией п р и и зготовлении л юбого керам ического изде­
лия я в л я ется о бжиг. Чем в ы ш е темпер атур а, при которой
обжигается издел ие, тем лучше его к а честв о.
Ф а рфоровую и фа янсовую посуду дел ают из одного и то­
го же сорта белой глины - каолина (Аl2Оз 2 S i02 Н2О ) , но
ф а р ф о ровая обжигается при более высокой темпер атуре и
поэ1'ом у получа ется полупрозр ачной. Ф а р форовую и ф а я нсо­
вую посуду покр ыв а ют с в ер ху л егко пл а в к и м и сорт а м и стек­
ла - гл азурью.
Кер а м и ческие издел ия играют огромную роль в совре ­
менной технике. О н и ш и р о ко п р и м еняются в электро- и р а ·

·

1 07

диоп ром ышл ен.ности . Р а з р аботаны специ а л ь н ые сорта р адио­
ф а рф о р а , содер ж а щи е, кроме чистого каол и н а , м ногие дру­
гие химические в еществ а и обладающие в ы со к и м и изоляци­
о н ными свойств а м и.
Ч Е М ЕЩЕ ИНТЕРЕСЕН К Р ЕМНИА !

Кроме стекл а и кер а м ики, кремний о б р а зует м но го дру­
ги х в а жных и полезных соединений. Соединение крем н ия
с угле родо м - к а р борунд S i C получают п р ок а л ив а нием сме­
си Si02 и угл я ; о н уступ а ет по твердости лишь а л м а зу и я в ­
ля ется одним из основных м атериалов дл я и з готовления н а ж ­
дачных и шл ифовальных кругов, кото р ы е могут обр а ботать
с а мую тв ердую сталь.
К р е м н и й, ка к и угл ерод, может о б р а з о в ы в а ть цепи из своих
ато м о в . Известны соединения кремния S i H4 - сил ан, Si 2 H6 и
вплоть до S i 6H 1 4, но они гораздо менее п р о ч н ы , чем углево­
до роды, и способны с а мовоспл а м е няться н а воздухе. Здесь,
к а к и всюду, сказыва ется стр емление к ремния обр а зов ы вать
108

свое с а м ое устой чивое соеди­
нение SI02. Н а п р и м ере к а р ­
борунда видно, ч т о с в я з ь ато­
мов кремния и угл ер ода Si-C
очень прочн а . Ученые восполь­
зовал ись этим и в вел и в со­
ста в 'Молекул м а сел , л а ков и
других вещес1'В ато м ы крем­
н и я в м есто некоторых атомов
угл ерода. П олучил ись проч­
углер одно­
ные
смешанные
кремниевые
цепочки. Т а к ие
соединения н а з в а л и крем н и й­
очень
органичес1ш м и ,
они
устойчивы, не бОЯ1'СЯ в ысокой
темпер атуры. С е й ч а с крем н и й­
о р г а н ические соединения ис­
пол ь зую'ГСЯ дл я п р иготовл е­
н и я теплостойких м а сел , л а ков
и э м алей. Электромотор, об ­
мотка котор ого сдел а н а п р о­
водом в кремнийорганической изоляции, и м еет вдв ое боль­
ш у ю мощность, чем т а кой же l\! Отор с о б ы чной о б м откой.
Н еусто йчи вость с в я з и а т о м о в кр ем ния друг с другом г о­
ворит о том, что н е может б ыть жизни без соединений у гл е­
р од а. Ато м ы крем ния н ю<огда и н и при каких условиях не
о б р а зуют без атомов угл ер од а таких огромных и сложн ых
ц е пей, ка к это дел ают углеродные ато мы. Поэтому научные
ф а нтазии, что н а «других м и р ах» может б ыть сов сем друга я
жизнь, н а основ е соединений кремния, и м еют м а л о осно­
ва ний.
Р о л ь соединений крем н и я в жизни челове1<а б ы стро во з­
р аст а ет. Кам ень, цемент и кер а м и к а вытесняют н едол говеч­
ный м еталл, все шире и спользуются стекло, э м а л и , прово­
дятся успешные о п ыты по изучению « н астоящего» к а м ен ного
л итья, ч истый кр емний ста н о в ится незаменимым м а тер и алом
в р адиотехнике , входят в жизнь теплостойкие к р е м нийорга·
н ические соединения.

10 9

1

&Е З ИIИ З НЕНН Ы I
и
жизнь

Азот был ОТI{рыт а н гл ийским естествоиспытател ем Д а н и ­
э л е м Резерфордом в 1 772 году. Учен ый исследовал воздух
изол и р о в а нного от атмосферы колокол а , в котором, прожив
немного, поги бл а мышь. «дых а н и е животных, - п ишет он, не только п р е в р а щ а ет здоровый воздух в ф и ксируем ы й воз­
дух ( угл екисл ы й га з ) , но после того, как ф и ксируе м а я пор­
ция поглощен а р а створом едкого кали, остающаяся ч а сть
хоть и н е в ы зы в а ет о с адка с р а створом г а ш еной извести
(в отл ичие от СО2) - гасит пл а м я и губит жизнь».
С а м а я п е р в а я х а р а ктер истика дана азоту с чисто нега­
тивной сто р о н ы .
В р яд л и к а кому элем енту « н е п о в езло» с н азв а н и ем та к,
к а к азоту. «Азотико н» п о-греч ески о з н а ч а ет « б езжизненный».
Н ем цы н а з в а л и его еще категоричне й - « удуш ающее ве­
щество» (Stickstoff) .
Б езжизненный, удушающий . " А м ежду тем жизнь и азот
нер а здел и м ы .
«Жизнь - э т о с п о с о б существов ания белковых тел » , сказал Э н гельс, а в едь без азота белка н ет.
В ся колосс альная м асса р а стений и ж и в ы х организмов
на З ем л е состоит в основном из ч етырех элем ентов, о кото­
рых можно сказ ать ч етверостишием Шил л ер а :

1 10

Vier E l ementen,
I nni g geselt,
Bi lden d a s Leben
Bauen die Welt,

Ч е ты р е элеме нта ,
В о ед и н о с л и в а ясь,
Ж из нь дают
И стр оят м ир .

Эти четыр е
элемента углерод, водор од, ки сл ор од и
Х и м и ч еская
азот.
инер т­
ность - вот чему обяз а н азот
своим н аз в а н и е м . При ко м н а т ­
ной темпер атур е о н соединяет­
ся тол ько с л итием : мол екул а
азота состоит из двух атомов.,
котор ые связ а н ы очень п р о ч ­
н о . Что б ы из ста мол екул азо­
т а пять одновременно р ас п а ­
лись н а атомы, н еобход и м а
темпер атур а в 3500 гр адусо в,
а чтобы в сорока молекул ах
р азорв ать связь атомов, нуж­
н а колосс альная темп ер а тур а
в 8000 ° С . Понятно, что п р и
о б ы ч н ы х усл овиях азот н е
в· с тупит в связь с кислор одом
и водор одо м .
П р и повышении тем п е р а ту­
ры и п р и м алом содер ж а н и и
кислорода а з о т становится го­
р аздо а ктивнее. Он доставля­
ет много хлопот м еталлург а м ,
котор ы е удаляют е г о и з спл а в а в шл ак,
ж адно соединяющийся с а зотом .

доб авляя

титан,

В ЗЕМНОЙ КОРЕ, АТМОСФЕРЕ, НА ДАЛЕКИХ П Л АНЕ ТАХ

Основ н а я м а сса азота содержится в а тмосфере. На к а ж­
дый квадр атный м етр з ем ной поверхности пр иходится 8 тонн
атмосферного азота ; такое кол и чество в состоян и и обеспе­
чить питание р астен ий более чем на миллион лет.
В земной кор е его кол и чество едв а дост и г а ет 0,4 процен­
та по весу. И это не уди вител ьно . В едь азот инертен. Удив и ­
тельно друго е : откуда о н в з я л с я в связ анном состоя н и и ?
Н а этот с ч е т существует м ного теор ий. По одной из н их,
азот р еагиров ал с други м и элем ент а м и в далекую геологи­
ческую эпоху, когда Земля б ы л а р асп ла,вленной вязкой м ас­
сой, покр ытой тонкой твердой кор очкой, 1штор ую то тут, то
111

там п р о р ы в а л и мощные фон­
т а н ы п аров и газов. Р а сплав­
ленные металл ы р е агировал и
с азото м , обр азуя нитриды.
Возможно, азот ф и ксиро­
в ался нескол ько поз2t(е, когда
поверхность З е м л и скр ы в а ­
л ась п од ж а р кой и в л а ж н о й
атмосф ерой, в которой свер к а ­
одн о вр еменно
тысяч и
ли
молний н еобыкновенной сил ы .
О н и и соединял и а з о т с кисло­
р одо м , а мощн ы е ливни п р и ­
носили на
З емлю азотную
кислоту, кото р а я , просачива­
ясь, р е агировал а с метал л а м и
и обр азовы в ал а азотнокисл ы е
сол и .
Азот содержится и з а п р е­
дел а м и
земной
атмос ф е р ы
в в иде соедин е н и й . Англий­
ские ученые Б е р н ал и Месси п р едпол а гают, что если не н а
Земле, т о н а круп н ы х п л а нетах солнечной системы - Ур а н е
и Юпитере, в атмосфере кото рых есть а м м и а к, может встре­
ч а ться металлический аммоний, обр азующий « р удные жи­
л ы » в тол ще пл а нет. В о б ычных условиях свободный а м м о ­
н и й - а н алог к а л и я и н а тр и я по х и м и ч е с к и м свойств а м не уда ется получить, он н е медл енно р аз л а г а ется н а а м м и а к
и водород.
Уч еные подсчитали, что п ри темпер атуре, близкой I< абсо­
л ютному нул ю , и давл ении окол о 250 тысяч атмосфер м етал­
лический а м м он и й устойчив и р авновесие 2 N Н з + Н 2 :;::::!
2NH4 сдв и г а ется в пр а в о . Такие условия существуют н а да ·
леких и холодных пл а нетах сол нечной систе м ы .
Солнечн а я а тмосфер а содер жит а з о т в ф ор ме н ейтр а л ь­
ных и ионизиро в а н н ых атомов ; спектр а л ь н ы е линии а зота
обна ружены в кометах и тум а нностях .
Ж и в ы е о р г а н и з м ы содержат этот э л е м е н т в довольно
большом кол ичестве: 1 - 1 О процентов от о б щего веса сухого
вещества.
1 12

&ОЛЕЗНЬ ГЛУБИ НЫ

В ком натных условиях азот - бесцйетны й газ, н есколько
л егче воздух а , без вкуса и з а п а х а .
М ы его н е чувствуем, о н н а м н е м е ш а ет, н о сто и т изме­
нить условия, как безобидн ы й газ н а ч и н ает « показывать
зубы» .
В одо лаз спуска ется в м о р е , по шл а н гу ему подают о б ыч ·
н ы й воздух. Уже н а глу б и н е нескольких десятков м етров о н
н а ч и н а ет и сп ытывать н ечто похожее н а легкое о пьянен ие.
В о рту ощущается м еталлический пр и в кус с ж а того азота,
обур ев а ет беспричинное веселье. Это азотный н а р коз , состоя­
ние, ч а сто н а з ы в аемое « болезнью глубин ы». Т е , rпо смотрел
чудесный фильм «В мир е безмолвия», помнят, н а в ерное, :к а ­
кое большое с а мообл адан и е нужно, чтобы н е потерять са мо­
контрол я , н е р и нутьс я в гл убину б е з оглядки . . .
При ч и н а здесь таков а : давление увел и ч и в а ет концентра­
цию азота, р а створенного в крови, в жировых и б елковых
тканях орг а н из м а .
П р и м едл енном подъеме изб ыток р а створе нного азота
удаляется . Очень в а жно, чтобы о н ушел из ор г а н и з м а чере з
л е гкие, как и попал туда. Но если подъем п роисходит быс т­
ро, азот выдел яется в крови в виде пузыр ьков, н е успев з я
дойти д о легких. Э т и пузырьки з а купо р и в ают капилляры. Т о ­
гда о р ганизму угр ож ают сильные боли и даже смерть. В упо­
мянутом фильме пок азано, как слишком быстро поднявшегос я
и з глубины а к в а л а н гиста пом ещают в герм етическую к а­
м еру с повышенным давлением в нутр и н а довольно продол­
жител ь н ы й срок. В о избе ж а н и е з а купорки сосудов подъем
в едется м едленно, а о б ы ч н ы й воздух з а м еняют гелиево-кисло­
родной см есью. Гел ий - л е гкий, подвижный га з, он б ыстро
покидает о р ган и зм.
АЗ ОТ САМ ПО СЕБЕ

Если азот охл адить до тем п ер атур ы - 1 95,8° С, о н превр а­
ща ется в жидкость, а п р и
2 1 0,5° С
твердеет. Его полу­
ч ают перегонкой жидкого воздух а .
Жидкий азот используют дл я з а м о р аж и в а н и я продуктов
питания. Продукту дел ают у кол и глой, чер ез которую вли-

-

1 13

лтf/�
"

.

('1);
д_,, о..,

��f(f;

. ·�·
�

1'�

i �� ""

+,
'1'i>.

<"4

"

.

в а ется жидкий азот. О н фильтруется ч ер ез м атериал продук­
та и и с п а р я ется, в ытесняя в есь воздух из контейнер а . После
э то го контей н ер гер м етически з а крыва ю т . Е го можно дост а ­
в ить л ю б ы м способом в любую точку з е м н ого шар а б е з до­
полнител ь н о го охл ажден и я . Т а кой контейнер п еревезли из
Нью-Йорка на Цейл о н : пр одукты п р и б ыл и н а м есто н азна­
чения через ш есть н едель после з а м ор аживания в отличном
состоянии.
Азот употр ебляется т а м , где нужны нейтр альный напол­
н итель или нейтр а л ь н а я среда . И м н а пол няют электрические
л а м почки.
Где бензин, в сегда возможен пожар . В о избежание взры­
ва азот испол ьзуют п р и п ерекачке бенз и н а .
В муз ее цен н ы е J{артины хр анят в цил и ндр ах, н а полнен­
ных азотом : воздух может повредить кр а с к а м . Известно
свидетел ьство современника о том, что кар тина Репина «Не
жда л и » в свое в р емя пор ажал а необыкновенной я р ко стью и
свежестью кр асок В р емя и воздух з а с т а в и л и их потускнеть.
Но это в сего лишь н есколько примеров употр ебления азо­
та, и п р ичем не гл авных. Основная м а сса добыва емого азота
идет на получение а м м и а к а .
ВЕЛИКИ А ЭН-АШ· ТРИ

Кто не зн а ет т а к на зыв аемого н ашаты р ного спирта, жид­
кости с едким , быстро приводя щим в себя за пахом ? Это н е
что и н о е , как р а створ а м м и а ка в воде.

1 14

А м м и а к - водородное соеди н е н и е азота NH3• Атоы а зо·
та здесь доб и р а ет три н едостающих электр о н а к пяти соб·
ственн ы м н а внешней электр онной о болочке и п р и обретает
структуру и н ертного газа .
В комнатных условиях а м м и а к - л егкий газ с весьма
остр ым з а пахом. О н хорошо р а створя ется в воде; п еред на­
ми случа й н а и более высокой р а створ имости одного вещества
в друго м : 1 куби к л едяной в оды поглощает 1 1 76 кубиков
а м м и а к а . Вода фонтаном в р ы в а ется в кол бу, н а пол ненную
а м м и а ко м . Необыкновенная р а створ и мость а м м и а к а в воде
долгое время не позвол я л а получить этот газ. Только в
XVI I I веке П р и стли в ыдел ил а м м и а к, п р и м ен и в ртутную
в а нну.
В воздухе всегда есть н ез н а ч ительное кол и ч ес1 во а м м и а ­
ка : органически е в еществ а , сгни в а я , выдел яют с в о й азот
в виде а м м и а к а .
В л а бо р атории а м м и а к получ а ется действ ием щело ч ей
н а а м м о н и й н ы е соли, а в п р о м ы шл енности - п р я м ы м сое­
динением азота и водорода :
N 2 + ЗН 2 � 2NНз.
Это типично о б р а т и м ы й процесс; н и п р и каких обсто я •
тел ьствах о н н е идет д о конца .
В начале столетия химики пытались соединить азот с в о·
дор одом при помощи высокого давл е н и я . Сосуд со смесью
этих газов погружа л и в глу б и н ы океа н а . В 1 90 1 году ф р а н­
цузский ученый Ле Ш а телье сконструировал дв игатель, в ко­
тором азотно-водородная см есь подвер гал ась давлению до
1 00 атмосфе р . Ученый р а ссчитывал, что с ж а тая с м есь б у ­
дет взрываться от электрической искр ы, обр ащаясь в а м м и ­
ак. О п ыт н е удался : в цилиндр п р о н и к воздух, и о б р азова в­
ш а я с я гремучая смесь взор в а л а конструкцию.
Потребов а ли сь годы для изучения это й, к а з а л ось б ы,
простой х и м и ч еской р еакци и .
В 1 9 1 0 году стало ясно, ч т о успех н евозможен б е з п р и ­
вл ечения двух могущественных ф а ктор о в : темп ер ату р ы и д а в ­
л е н и я . Ученые р ассчит а л и , что м акси м альный вы�од а м м и а ка
получается п р и н а и более в ы соком давлении и н а и более н из·
кой температуре п роцесс а .
Давление можн о увел ичить до очень больших з н а чений,
но тем пе р ату р а " . Е сл и в ести процесс п р и в ысокой тем п е р а Н5

тур е, в ыход а м м и а ка н и чтожно м а л , а есл и ее с н изить до
предел а , скорость р е а кц и и оказывается очень небольшо й .
Т аким обр азом , ученые и технологи о к а з ал ись между
Сциллой и Х а р и бдой. Своеобразным голубем, позволившим
п реодол еть эти п репятств ия, оказался катализ атор - т р етий
мощный ф актор .
Что же т а к о е катализато р ?
Это в ещество, изм еняюще е скорость химической р е а кции.
К а т ал и з атор уч а ствует в р е акции, но по ее око н ч а н и и восста ­
н авл и в а ется в пер вона ч альном виде. Б ольши нство химиче­
ских р е акций в п р и р оде, в л а бор ато р и и , в цехах идет с учас­
тием катализатор а . Все м н о гообр азие катал ити ческих про­
цессов можно свести к двум случ а я м : катализа гомогенного
и гетерогенного. Гомоген н ы й , и н а ч е однородный, I{ат ализ
и м еет м есто, когда и р е а ги рующие в ещества и катализатор
н а ходятся в одном и том ж е ф и з и ч еском состоянии, то есть
все они являются или газ а м и , или находятся в р а створе.
катализ
н а блюдается, когда в реакции
Гетер оген ный
участвуют неоднор одные вещест в а , скажем газ и твер­
дое rело. П р и м е р о м т акого катализа м ожеr служить с и нтез
аммиака.
В ч е м з а к л ю ч а ется действие к атализатор а ?
Н е просто ответить н а этот вопрос. Явл е ние катализа изу­
чено еще далеко н е полностью. У исследователей есть р а з ­
л и ч н ы е т о ч к и з р е н и я. Здесь м ы изложим с а мую простую и
общепринятую. Но п режде ч е м говор ить об изм енении ско­
рости х и м и ч еской р е акции, надо сказ ать Q том, что же это
т а кое.
Скорость х и м и ч еской р е акции х а р а ктеризуется измене­
нием концентр а ций р е а гирующих в еществ з а еди н и цу в р еме­
ни_ Н а п р и м е р , попробуйте поджечь о б ы кновенное ста л ьное
перо на воздухе. Это н е так просто сдел ать, даже ис пользуя
газовую горелку. В кр айнем слу ч а е в а м уда стся р аскалить
его докр а с на . А стоит только о пустить н а гр етое перо в б а н ­
ку с кислородо м, как оно з а гор ится, р а з б р асывая искры. Кон­
цент р а ция кислорода в б анке в п я т ь р а з выше, ч е м в атмо­
с ф е р н о м воздухе. Поэтому и скорость в за им одействия желе­
з а с кислор одом р езко в о з р а ст а ет.
Учены е н ашли з а ко н о влиянии концентрации реагир ую­
щих в еществ н а скорость химической р е а кции. О н н азывает­
ся з аконом действующих м асс и звучит т а к : скорость хим и 1 16

ческой р е акции прямо п р о порци о н а л ь н а произведению кон­
центр аций реагирующих веществ.
Для р е а кци и А + В = С этот з а ко н в ы р а з ится в следую­
щей формуле : V
!([А][В],
где V - скоро сть реа кции, К
константа скорости , [А]и[В]­
концентр ации в еществ А и В.
Для р е а кции синтез а аммиака N2 + ЗН2 � 2NH3 выр ажеK [ N2J[H2] 3 •
ние скорости будет следую щи м : V
Каков а же роль катали з а тор а в ускор ении химической
реющии ?
П ри гетер огенном катализе н а поверхности катализа тора
адсор бируются реагирующие в еществ а . Каждая мол екул а
обладает внешним силов ы м полем. Если о н а н аходится в нv­
три веществ а , ее поле ско м п е нсировано подо б н ы м и же пол Я ­
м и других мол екул . У мол екул ы н а поверхности вещества
поле с внешней стороны не ко м п енсировано. За счет свобод­
ного поля к поверхности тел а могут притягиваться ч а стицы
из внешней среды. Произойдет адсо р б ция, поглощен и е газов,
паров и р а створенных веществ на поверхности адсор бента.
Итак, в первую очередь катализ атор адсо рби рует реаги­
рующие в еществ а н а своей поверхности, увеличив а ет их кон­
центр ацию, а тем с а м ы м и ско рость р е акци и .
Помимо того, катализатор а ктивизирует адсо рбирова н ­
н ы е мол екул ы. О н и ста новятся гор а здо более энер гич н ы ми,
чем молекулы н еадсорбированные, ч а ще сталкив а ются и ча­
ще реагируют. А в общем скорость р е а кции сильно воз ра­
стает.
Надо сказать, что катал и з а тор действует очень и з б и ра­
тельно. Он капризен : одну р е акцию может сильно ускорять,
а на скорость другой не влиять воо бще. Подбор о п р еделен­
ных катализ аторов для р е акций - дело сложное. Ч етко р аз­
р а ботанной теории здесь н ет.
А м ежду тем трудно п е реоценить значение катализ аторов
в хим ической промышленно сти. В ажность п р а в и льного под­
б о р а и п р и готовл ения катализато р а видна на п р и м е р е си нте­
за а м м и а к а . Здесь хорошим и дешев ым катал и з а тором ока ­
залось жел езо, обр а бота н н о е осо б ы м спосо б о м . П р и м есь
окиси алюминия во много р а з увел и ч и в ает катал итическую
силу желез а. Но и при таком мощном уско р ител е синтез
а м м и ак а - процесс сложный. Он ведется в контактном а п=

-

=

1 17

пар ате: тол стостенном цил индр е из в ы сококачественной ста­
ли, спосо бном выдер жать темпер атуру в 500 гр адусов и дав­
ление 250-300 атмосфер . С низу в а п п а р ат подается с месь
азота с водородом в отношении один к тр е м . Газы пр оходят
сквозь полочки с катализ атор а м и, р асположенными в нутри
ап п а р ата. На катализ атор е они и р е а гируют, обр азуя а м ­
миак.
С а м о с о б о й р азум еется, ч т о производительность т а кого
конта ктного а п п а р ата оставляет жел ать мн ого лучшего. Хи­
мики и щут пути ее увел и ч ения гл а в н ы м о б р азом за счет
повышения э ф ф ектив ности катализатор а . Советские и нже­
нер ы-хи м и ки р аз р а ботали м етод использов а н и я так н азы­
в аемого п севдоожиженного слоя катализатор а . Этот способ
еще н е п р и м енялся для р е а кций, идущих под большим дав­
лением, к а ково й является р е а кция синтеза а м м и а к а .
Псевдоожижен н ый с л о й - особое состояние м елких твер­
дых ч а стиц, ка к б ы кипя щих в токе под а в а емого снизу газ а .
Катализ атор н е л ежит н а пол ках, а «ки пит» в т о к е г а з а , иду­
щего под большим давлением . Ясно, что азот и водород р е а ­
гируют гор аздо полнее здесь, так к а к , во-пе р вых, в а п п ар ате
помещается гор аздо больше катализатор а ; во-втор ых, его
поверхность з н а чительнее. В едь о н мелко р аздроблен, н а хо­
дится в б е с п р е р ы в н о м движении, и подход г а з о в к его п о ­
верхности сильно о блегчен.
СЛУЖ&д ХОЛОДА

В ж ар ки й л етний день п р иятно пить холодное молоко и
л едяную ф руктовую воду, не дум ать о том, что м асло, кол ­
б а са и свежая р ы б а могут испортиться. А дл я этого нужен
l L8

только холодиль н ик, которы й з а ч а стую р а ботает з а счет жид­
кого а м м и а к а .
В основе действия холодильной м ашины л ежит т о т ф а кт,
что сжатие газа в огр а ниченном п ростр а нстве ведет к его
нагрев а нию. Охл аждение сж атого г а з а с последующим ра с­
ширением дает в результате сильное охл а ждение. В к а ч естве
хл адо а гента а м м и а к прим еняется потому, что он, к а к и вода,
обладает в ы сокой скрытой теплотой испа р ения. В холодиль­
ной установке а м м и а к непрерывно н а гнета ется компр ессором
в охл аждаем ы й водой з м еевик. З десь вода отб и р ает теп л о
а м м и а к а , в ыдел ившееся при сжатии. О н ожижается и через
узкое отверстие поступа ет в другой з м еевик, погр уженный
в крепкий р а створ хлористого кальция. Здесь а м м и а к испа­
ряется, поглощая столько тепл а , что вода в сосудах, поме­
щенных в р а створ хлористого кальция, обр а ща ется в л ед.
ЗАРОЖДЕН ИЕ ЖИЗ Н И НА ЗЕМЛЕ И АМ М И АК
В свое время физические условия н а З емле были иными,
чем сейч а с ; большинство современных ученых склонно ду­
м ать, что н а р а нней стадии р азвития З емля обладала н е
окислительной, как сейчас, а восст а новительной атмосферой,
содерж а щей м ет а н , а м м и а к, водород и воду. Ам м и а к сыграл,
п о всей вероятности, н е последнюю роль в возн икновении
жизни.
Земная атмосфер а того в р ем ени подвергал ась действию
сильнейших электр и ч еских р а з р ядов, высокой темпера туры,
мощного ультр а ф и ол етового излучения. В се э т о в м есте взя­
тое и привело к обр азованию органических в еществ .
подобный
В н а ш е время ученый С . Миллер осуществил
синтез в л а бор атор н ы х условиях. Через смесь паров воды,
водорода, метан а и а м м и а к а о н пропускал искров ы й р азряд
в течение н едел и , после чего в сосуде была о б н а ружен а
смесь а м инокислот ( глицин, а л а ни н , а сп а р а ги нов ая кислота ) ,
являющихся состав но й ч астью белка.
С появлением р астений восстановительная атмосфера
Земли стал а постепенно превра щаться в окислительную. Зе­
леная масса р астений под действием сол нечных лучей в те­
чен ие м ногих миллионов лет связывает углекисл ый газ, вы­
деляя кислород.
1 19

кНИТРОЗНЫ А СОК ЖИ ЗНИ•

Еще в сер един е века ученые догадывались о том , что пло­
дор о д и е почвы связ а н о с «нитрозными сока м и жизни».
Известный русский м икр о биолог В. Л . О м ел я нский п и ­
сал : «Азот б о л е е др агоценен с общеб иологической точки
зре н и я , чем с а м ы е р едкие из б л а городных металлов». С эти м
нельзя не согл аситься. В едь азот в конечном счете - хлеб,
мясо, молоко, м асло.
Ежегодн ый м ировой урож а й уносит из почв 25 миллио­
нов тонн соеди н е н и й азота. Чтоб ы собрать с л едующий уро­
жай, которы й б ыл б ы н е хуже п р еж н его, необ ходимо воз­
вр атить почв ам изъятый азот.
В 1 898 году и з в естный а н гл и йский физик Крукс п р едска­
зывал ч еловечеству см ерть от а зотного голода . Земля исто­
щ а ется , говорил о н ; чтобы повысить ее урож айн ость, необ­
ходи м о связать азот атмосферы, так к а к единственные за­
п а сы его н а З е м ле в в иде чилийской селитры к а т астрофиче­
ски уменьша ются с каждым годом .
В том же году по поводу речи Крукса выступил К. А . Т и ­
ми р язев ; он н ап о м н и л об о п ы т а х Кэвендиша 1 783 год а , ког­
да тот, п ропуская электрические искр ы ч ер ез атмосфер н ы й
воздух, получил двуокись азота.
В н а ч а л е ХХ столетия н ач а лось и нтенсивное изучение
р е а кции в з а и м одействия азота с кислородо м.
Э т а р е а кция обр ати м а ; е е опти м альные условия - н а и­
в ы с ш а я темпер атур а и обычное атмосферн о е давление. Ка­
з а лось бы, п р осто - р азду в а й мехи, п одд а в а й жару!
И здесь ученые столкнулись со з начител ь н ы м « Н О » . Ока­
з алось, ч т о окислы азота при медленном охл аждении р ас­
п адаются на сост авные ч а ст и . Равновесие сдв ига ется влево.
П ер ед инженер а м и вст а л а задача - б ыстро охл адить окись
азота до темпер атуры ниже 1 000° С .
Н а п о мощь пр ишл а электр и ческа я дуга . О н а создает
очень в ысокую темп ер атуру в огр аниченной зоне, к которой
пр илегают слои воздуха с р езко пониженной темпер атурой.
О б р а з о в а вшиеся окислы п р и в ыходе из зоны электрической
искры б ыстро охл аждаются, не успев р ас п асться на соста в ­
ные элементы.
В 1 908 году учен ы й Б и р кел анд и и н женер Эйде сумели
1 20

получ ить при помощи электр ической дуги от 4 до 7 п р о це н ­
тов выхода окислов азот а .
Вп р о ч е м , Б ир кел анду и Э йде с а м а пр ирод а подсказ ал а
способ фикс а ц и и а тмосфер ного азота. После каждого зигз а ­
га м о л н и и дождь пр иносит н а землю около полутор а тонн
окиси азот а . З а год молнии о б р азуют д о 6 0 0 килог р а м мов
окиси азота н а каждый кв адр атн ы й километр земно й по­
верхности. С о ветский ученый Н . А . З у б арев п р едложил упо­
р ядочить р а б оту молнии - н а п р а в ить ее уда р на нужное
м есто . О н советует выпустить в предгрозовое небо небол ь­
шой р езиновый ш а р н а металл ической проволочке диам ет­
ром в сотую долю м илл и м етр а . Мол н и я мгновенно превр а ­
тит ее в п а р , но все же в землю уйдет н а п р авленно по иони ­
з и р о в а н н ы м молекул а м , предвар ител ь но соеди нив азот с
кислородом .
АММИАК

ДЛЯ

Р А С ТЕ Н И Я И Ж И ВОТНЫ Х

П е р ед перв о й м и р овой войной фикса ция азота эле ктр о ­
дvговым способом был а в з н а ч ител ьной степени в ытесн е н а
б о лее экономичн ы м а м м и ач н ы м методо м . Этот м етод, р аз­
р аботан ны й Ф. Г а бером в 1 908 году, описан выше.
Основная м асса получ аемого а м м и а к а пер е р а б атывается
н а азотную кислоту и а м м о н и й н ы е сол и , из котор ы х , в свою
оч ередь, получ ают м инер альные удо б р ен и я .
Н о а м м и а к и с а м п о себе н аходит п р и м енение в сельск о м
хозяйстве, особенно в последнее в р е м я . По своему действи ю
н а плодородие почв он не уступ а ет а м м и ачной селитре, н а ­
п р им ер , н о гораздо дешевле е е . Одн а ко а мм и а к - г аз, и
в носить его в почву неудобно, поэтом у он при м е н я ется в в и ­
де жидких азотных удобре ни й , дл я получения которых с у­
ществуют тр и спосо б а . Первый - п р евр ащение а м м и а ка­
газ а в а м м и ак-жидкость . Второ й - р астворение в жидко м
а м м и а ке а м м и ачной селитры и л и м очевины. Т а к и е р а ство р ы
н а з ы в а ю тся а м м и а к а т а м и . И тр етий - употр ебление в к а­
ч естве удоб р ен и я н а ш атырн о го спирт а - р аствор а а м м и а ­
к а в воде.
Жидкий а м м и а к - с а м о е концентрированное а зотное
удобре н и е : оно содержит 82,3 п роце нта азота . Е го использо­
в а ние з н а ч ительно осложняет н и з к а я темпер а т у р а ки пени я.
121

А м м и а каты содерж а т до 30-50 процентов а з о т а , но их
тру дно перевозить: они вызывают ржавление черных м етал­
л ов. К тому ж е их м ожно использовать только в теплое в р е­
мя года, п р и темпер атур е ниже 1 0°С соли выпадают в ос адок.
Н а и более ши рокое применение в сельс1юм хозяйстве н а ­
шей стр аны н а шел в о д н ы й а м м и а к . Его удобно и л егко х р а ­
н и т ь , о н н е з а м ерз а ет при зн ачительных м о р о з а х и содер­
жит до 20 процентов азота.
В 1 959 году 240 тысяч гектаров пол е й колхоз о в и сов­
хозов были удобрены жидкими азотными удо б р е н иями, в о с ­
н о в н о м водн ым а м м и а �шм, ч т о втрое сокр атило з атр аты тру­
да. В одный а м м и а к дал 8 центнеров п р и б а вки з е р н а с 1 гек­
та р а и до 25 центнеров картофеля.
Аммиак служит исходн ым продуктом дл я получения очень
ценного в ещест в а вообще и удобрения в ч а стности - м оче­
вины :
Мочев и н а - первое органическое вещество, полученное
синтетически . В 1 824 году В ел е р, в ы п а р и в а я водный р а створ
ци а новокислого а м м ония, получил мочевину. До этого мно­
гие уче н ы е считали, ч т о человек н е в состоянии искусствен­
но получать о р ганические веществ а , кото р ы е , по их м н ению,
м ожет в ы р а б атывать только живой организм под действием
особой, т а и нственно й «жизненной силы» . С и нтез мочевины
и з неор г а н ических п р одуктов н анес первый уда р по теор и и
«жизненной силы».
Мочев и н а - вы соко кон­
центр и р о в а нное
удобре­
ние; в нем 46,7 процента
азота. По содерж анию
азота 1 00 кил огр а м м ов
мочевины
эквивалентны
300 килогр а м м а м н атрие­
вой селитры или 225 ки­
л огр а м м а м сул ь ф ата а м ­
м о н и я . Азот мочевины
очень легко усв а и в ается
р а стен и я м и .
Удобрение
пригодно для всех почв
1\ Е Р Ь � 1 и УДА r
и под в с е сеЛЬСJ<ОХОЭЯЙСТ122

венные культу р ы . В почве мочев и н а р аз л агается н а угле1ш­
слый газ и а м м и а к , который окисляется з атем в азотную ки­
слоту. Р а стения обеспечиваются л егкоус ваиваемой азотной
пищей. Мочевиной также подка р м л и в а ю т скот. К: концу се­
м ил етки дл я животноводства н а шей стр а н ы будет в ы п ущено
около 800 тысяч тонн синтетической мочевины.
к ВОДА» ДЖА&ИРА

Одно в р еменно с р аз р а боткой м етода получения а м м и а к а
ученые и инжен е р ы изуч а л и способы его окисл ения в азот­
ную кислоту.
В 1 9 1 7 году по п роекту инженеров И. И . Андреева и
Н . М. К.улепетова был построен в п е рвые в России азотный
<s авод в Юзовке для контактного способа окисления ам ­
миака.
Процесс окисления делится н а несколько этапов.
4NНз + 50 2 4NO + 6Н2О.
=

Эта р еакция прои сходит н а поверхности катал из атор а,
когда а м м и а ч но-воздуш н а я с м есь ( 1 : 9 ) проходит ч е р ез пла­
тиновую сетку, н аг р етую до 600°С .
Окись азота л егко окисл я ется до двуоки с и . З а тем нит­
розн ы е г азы по ступ а ют в адсор б ционную б ашню снизу. Н а ­
встр ечу подается р а спыленн а я вод а . Полученн а я р аз б а в ­
л е н н а я кислота концентрируется в п р и сутствии крепкой сер­
н о й кислоты. Посл едн я я погл ощает воду. Из смеси двух кис­
л от з атем отгоняется азотн а я . К.онцентрированная азотная
кислота может быть получена также п р и в з а и модействи и во­
ды или р а з б авленной кислоты с ж идкой N20-! и кислородом
под давлением в 50 атмосфе р .
Азот н а я кислота известна с древности ; е е первое о п и с а ­
н и е встреч а ется в к н и г е легенд а р ного а р абского алхимика
X I I века Джаб и р а . Он описывает НNОз как воду и считает
ее великой силой в руках человека.
И действительно, азотн ая кислота - одно из в ажней­
ших х и м ических соединений.
В ч и стом в иде э т о б есцветн ая жидкость, в полто р а раза
тяже л е е воды.
К.ре пк а я азотн ая кислота - с и л ь н ы й р а створ итель, о н а
123

р астворяет в с е м еталл ы , з а исключением бла городных. О н а
р а э р у ш а ющ е действует на орган ические в е ществ а .
С м есь одного объе м а крепко й азотной кислоты с тремя
объем а м и сол яной получила е щ е в с р едние века название
« ца р ской водки» . Эта с м есь р астворяет пл атину и золото,
что а лхимики ото б р а з и л и в символе «Лев пож и р а е т С олн­
це» . Р а створение благородных металлов в « ц а рской водке»
происходит за с ч ет обр азующегося свободного хлор а . . .
С о л и азотной кислоты - а м м и ач н а я , н атр иевая, калиева я
и кальциевая селитры - отличные удо б р е н и я . А м м и а ч на я се­
кристаллическая соль р азл и чных цветов,
литра NH4NOз
от белого до голубов атого. О н а очень гигроскопична, н агре ­
в а н и я до 200 ° С н е в ыдержив ает - р а сп ад а ется на з а к ись
азота и в оду. П р и более в ысокой темпер атуре ам м и а чна я се­
л и тр а в з р ы в а ется. В 1 92 1 году на немецком зав оде в О п п а у
произошел взрыв 3 200 тонн смеси су л ь ф а т а а м м ония с ам ­
м и ач н ой селитрой . Были р азрушены в с е п р о м ы ш л е н н ы е и
жилые постройки в р адиусе 4 километров.
-

124

Ам м и а ч н а я селитр а содержит 35 процентов азот а , хорошо
р а створяется в воде ; она широко используется в качестве
минер а л ьного удо б р ения . В ней отсутствуют вр едные и бал ­
л а стные п р и м е с и ; с о л ь л егко у св а и в а ется р астениями .
Амми ачную сел итру используют в с м е с и с другими м и не­
р а льными удобрениями - с упер фосф атом и калийными со­
лями.
Н атр иев а я селитр а N a N 03 по внешнему в иду похожа на
поваренную соль, т а к же к а к и а м м и а ч н а я селитр а . П р и хр а ­
нен и и о на отсыревает и огнео п а с н а при сильном н агрев а н и и.
Натриевая сел итр а содержит всего л и ш ь 1 5 п роцентов азота,
но для условий нечерноземной полосы яв ляется лучшим азот­
ным удобр ением , особенно дл я с а х а р н о й свекл ы.
К.алиев а я селитр а у спешно п р и м е н я ется в н ечерноземной
полосе; она, как и н атриевая селитр а, уменьш ает кислотность
почвы.
пУКРОЩЕНИЕ»

дЗОТд

ПРОДОЛЖА Е Т СЯ

Химики отвели костлявую р уку « а зотного гол ода » , решили
проблему фиксации атм о с ф ер ного азота. Н о это не значит
вовсе, что он а решена ОI{QНчательно.
Ученые всего м ир а изыски в а ю т новые, более дешев ы е и
эффективны е способы фиксации азота. И ссл едуют по двум
н а п р а влениям : биологическому и техниче скому. « Б и олог ичес­
кий» а зот - это азот кл ев ер а , л юцер ны, бобовых культур ,
вернее - а з о т азотф и кси рующих б а ктер и й .
П о с а м ы м скр о м н ы м подс ч ет а м , м ногомиллионные ар м и и
бактер ий связывают в год б о л е е 400 м иллионов то н н азота.
В посл еднее время советский ученый И . И . О р о б инский
в ыделил новый вид азото б акте р а. Р а змножаясь на клубнях
картофеля, о н з а н есколько ч асов увел и ч и в а ет содерж ание
азота в них в восемь раз. Этот ка ртофел ь охотно поедают
домашние животные. Порося т а , питавшиеся им, пов ыси л и
среднесуточный п р и в е с н а 70-80 п р о центов.
Таким образом, новый в ид азото б а ктер а обл адает з а м ан­
чивым и свойств а м и : во-первых, он р азвивается в и скусств ен­
ных средах, то есть его можно получать в л а бор атор иях;
во-вторых, продукты е г о ж и з н едеятельности усв а и ваются
животными непоср едственно.
У совер шенствовани е с пособов получения «технического»
125

( в отличие от « б и ологичес1<0го» ) азота ведется пока в л а б о­
р а ториях. Ученые о б р атились к п р я м о м у окислению азота
в эле1пр и ч еском р аз р яде, к способу Б и р кел анда. Ам м и ачный
способ хорош, но основ а н на сжигании большого количеств а
водорода , производство которого дорого. Метод Б иркел анда
б ер ет м ного электроэнергии. Но ф и з и к а и техника высоко­
ч а стотного р а з р яда в наше вр е м я дости гл и большого успеха,
электр оэнергия с каждым годом становится дешевле, азота
в воздухе - хоть отбавляй, оборудо в а н и е з а водов п р я мого
окисл е н и я азота просто, к тому ж е з авод можно пом естить
рядом с м естом потр ебл е н и я азотных удо б р е н и й . Уже сей ч а с
в л а бор ато р и и на один килов атт-ч ас энергии получают более
двух м о.11 ей NO электродуговым способом .
П р и выходе в 3-4 моля м етод п р я м ого окисJ1 ения срав­
няется в энергетическом отношении с а м м и а ч н ы м. Н есом нен­
но, будущее за прямым окислением азота в высоrшч астотном
р азряде . ..
С ЕМЬЯ ОКИСЛ О В

« Ка к отл и ч ен весел я щи й газ ( з акись азота №О) от а зот­
ного а н гидрида ( пятиокиси азота N20s ) ! П е р в ы й - это газ,
второй при uбыкновенной темпер атуре - твердое кр и сталли­
ческое тел о . А м ежду тем все отли ч и е м ежду ними по со­
ставу з акл ю ч а ется в том , что в о втором теле в пять раз боль­
ш е кислорода, ч е м в первом, и м ежду о б о и м и р асположены
еще тр и други х окисла азота ... кото р ы е все отличаются к а ­
честв енно о т них о б о и х и д р у г от друга » , - т а к писал об окис­
л а х азота Э н гельс в «диалектике природы» .
Окислов а з о т а пять:
Jакись
аз ота

NO

Окись

aJ oma

дзomucm1J1ii Д6!1ОКись

ангvдриа

а з ото

11.Jоmньпi
Оffги8рид

П е ред н а м и н а глядн а я иллюстр аци я диалектического
закона о пер еходе количеств а в качеств о .
N20 - н и з ш и й окисел азота - б ы л описан впервые
П ристли в конце XV I I I века. Этот газ очен ь удивил англий­
ского хими к а : о одной стороны, он б ы л ядовит для всего жи1 26

вого , с другой
поддерживал горение, подобно обыкновенному воздуху.
Ведь П р истл и да и все ученые того вр еме н и н е отделяли
дыхания от горения.
В л а бо р атории з а к и сь азота получ а ется нагреванием
а м м онийной селитры до 200 ° С .
NH4NOз

=

N 2 0 + 2 Н2О.

Это соедин е н и е непрочно, и водород, угол ь, керосин горят
н е м так же хорошо, к а к в ч и стом кислороде.
Хар а ктер нейшей особенностью з а ки с и , свойств о м , взвол­
новавшим в конце XVI I I века весь ученый, и не только уче­
ный, м и р , является его ф изиол огическое действ и е , откр ытое
Дэви в 1 798 году. Вдых а н и е з а ки с и азота - «веселящего
г а з а » - приводит человека в состо я н и е сильного воз бужде­
ния, опьяняет.
П о св идетельству современника, при сутствовавшего на
одном из сеансов н а ркоза з акисью азота, «одни джентльм�­
ны прыгали по стол ам и стул ь я м , у других р азвязался
я з ы к , третьи о б н а р уж и л и чрезвыча йную склонность к пота­
совке».
Дэви первый высказал м ысль о в озможном употр еблении
откр ытого г а з а дл я н а ркоз а . В 1 844 году а м е р и к а нский вр ач
Уэльс в ы р в а л с е б е зуб под н а р козом з а1шси азота. З акись
азота как бы стродействующее а н естез ирующее ср едство пр и­
м еняется хирургами и сейча с .
О кись а з о т а е щ е д о откр ытия а з о т а Гейлс собр ал под во­
дой. Он первый н а бл юдал в з а и м одейств и е этого газа с возду ­
хом , он же первым описал его.
П о глощение <�нитрозным газом» кислор ода в оздух а дало
возможность количественного определе ния «до б р о тности»
воздух а , то есть содержания в нем кислор ода . В XVI I I в е ке
был изобр етен э вдио м ет р , специальный п р и б о р для такого
определения, способств о в а в ш и й во многом становлению н ауч­
ной х и м и и .
Б росив м едную монету в р азб а вленную азотную кислоту,
мы получим окись азота. Н а в оздухе о на пр иобретает ядо ­
вито-бурую 01< р аску д вуокиси азота.
в

3Cu ( NОз ) 2 + 2NO + 4Н2О
2NO + 02
2N 0 2 .

8HN03 + ЗСu

=

=

1 27

Азоти стый а н гидрид N20з
жид1<ость с инего цвета получают при охлаждении смеси р а в н ы х количеств NO и
-

N02 .

Иногда н ад корпу с а м и х и м и ч еского з авода можно в идеть
бурые тяжелые клубы , стелю щиеся н ад зе мл е й. Это двуокись
азота , которую р а бочие называют «лисьим хвосто м » . Этот
к р а йн е ядов и т ы й бурый газ был известен еще алхимик а м ,
р а бота в ш и м с а з о т н о й кислото й .
N 0 2 при низкой тем ператур е ди м е р и з уется в N204 •
П р о м ы шленное получение двуокиt:и азота основано н а
реакции прямого соединения а з о т а и кислорода , котор ая тре­
бует большого р а с хода э нергии :
N2 + 202

=

2N02 - 4 3 ккал.

Выс ший о кисел азота №05 - вещество кра йн� неустойчи­
вое, о б р а зующееся п р и о б езвож и в а н и и азотной кислоты
фо с форным ангидридом. При действ и и озона на N204 о бра

­

зую тся бел ы е кристаллы N 2 0 s .

ВЗРЫ В РА&ОТАЕТ

Вспомните кинофильм «П л а т а за стр ах ». Из р ю м о ч к и
н а полненной прозр ачной ма сл янистой жидкостью, падает н а
пол капля и в з р ы в а ется с коротким , р е з к и м грохотом.
Это нитрогл и це р и н . О н получается пр и действи и крепкой
азотной кислоты на гл ицерин.
,

1 28

О б ычно активность нитроглице р ин а подавляют до б а в к а м и
н и трокл етч атки, древесной м у к и , кизельгур а и т . д. и превра­
щают его в динамит, которым р вут горы и скалы. Сжига я
1 килогр а м м угля в печи, м ы з н а е м н аверняка, что энергия.
которую он выделит, не взор в ет печи и даже нисколько ее
не р азрушит. А ведь 1 килогр а м м угл я в ыдел я ет п р и сгор а­
н и и в восемь р а з большее количество энергии, чем т а ко е ж е
количество тр инитротолуол а - сильного вз рывч атого веще­
ств а . Энергия тротил а выдел яется в десятки миллионов р аз
быстрее, р аз в и в а ется гигантская мощность " .
1 2 а п р еля 1 953 года н а р уднике Алтын-Топкан был пр о­
и з в еден взрыв з а р яда амм онита (88 п р оцентов нитр ата а м м о­
ния и 1 2 процентов тротил а ) весом в 1 647 тонн. О бъем р аз ­
дробленной взрывом породы составил 1 9 1 0 тысяч тонн.
Интересен следующий ф а кт : 19 сентя б р я 1 957 года в С ША
в штате Нев ада взор вал и атомный з а р яд в подз е мных усло­
виях. О н был эквивал ентен зар яду взрывча того веществ а ве­
сом в 1 700 тонн, то есть з а р яду а м м онита, взорванного в
Алтын-Топкане. Объем р а здробленной ато м н ы м взр ывом
п о р оды составил всего лишь 450 ты сяч тонн. По-видимому.
5риза нтность обыч ных взрыв чатых веществ значительнее бри­
за нтности атомного взры в а . Советски м и ученым и сейч ас раз­
р а б атыв а ется проект вскрытия Нерюнгри нского местор ожде­
ния коксующихся углей в Южной Я кути и. Оно будет вскрыто
двух р ядным взрыванием 55 588 тонн взрывчатки. Мощность
взр ы в а достигнет мощности трех а томных бомб, сброшенных
на Хиросиму и Н а гасаки.
В воздух одновременно взлетит гиг а нтск а я м а сс а породы
в 1 0 миллионов кубометров. В з р ы в сократит время, необхо­
д имое для доступа к месторождению, на 3-4 год а .
Т В Е РЖЕ дЛМдЗд

Ал м а з - эталон твердости . Он легко р ежет стекло и ца ­
р а п ает м еталлы. В природе нет в ещест в а , кото р о е могло бы
поца р а п ать а л м а з . В л а бор ато р и и есть : это - бор азон BN3 - тугопл ав­
м оди ф и кация нитрида бор а . Нитр ид бора
кое, х и м ически стойкое вещество , получа ющее с я в виде
очень тонкого порошк а белого цвет а . По структур е и сво йст ­
в а м он очень похож н а гр а фит и способен д аже служить
-

129

с м а з кой, отчего и получ ил
н азв ание «бел а я сажа» и
даже «белый гр афит».
Сверхвысокое давление
п р е в р а щ а ет н итрид б о р а ,
как и графит, в структуру,
п одо бную структуре а лмаза
и н а з в а н ную боразоном.
В 1 957 году в США по­
лучен боразон гор аздо бо­
ле е п рочный и тер мостойкий, чем а л м а з . Нитрид бо­
р а , п одвер гнутый давлению в 73 тысячи атмосфер , превра­
тился в б о р азон - вещество, сгор ающее л и ш ь п р и 2 000° С ,
в то время к а к а л м аз горит п р и 87 1 ° С .
Бор а зоном успешно з а м еняют а л м аз в гор ном деле, м а ­
ш и н остроении и п р и б оростроении.

1

НЕСУ Щ И I
С ВЕТ

Так перевод и тся с греческого языка слово « фосфор» н а з в ание удив ительного в ещест в а , открытого г а м бургс ким
купцо м Геннингом Б р а ндом в 1 669 году.
В средн и е века широкое р аспростр анение получило мне­
ние, будто любые металлы можно превр атить в золото.
Дл я этого нужно было «совсем н е м ного» - и м еть « ф ил о с оф­
ский к а м ень», который яко б ы и обл ада ет этой волшебн о й
силой. Л юдей , которые ста рались изготовить «волшебный
камень», называли алхимиками. Одн им из таких искателей
и был Б р а нд.
l(огда-то Геннинг Бр анд был довольно богатым купцом.
жил на широкую ногу. Н о дел а его шли все хуж е и хуже.
Н аконец пришло время, когда имущество его продал и с мо­
лотка. И вот, чтобы поп р а в ить свои дел а, Б р а нд решил з а ­
няться алхи м и ей - в едь уда ч а сул и л а м о м ентальное
обогащение!
Много дней и ночей провел Б р а нд з а р а ботой. Упорно,
на стойчиво проводил он свои опыты. Что только не испол ьзо­
ва лось в них! Руды и минералы, р а стения и кости животных,
металлы и соли и многое, м ногое другое. Все это Бр анд
тщательно р а стир а л в ступке, перемешивал, прокаливал,
о бр а б аты в ал кислотами, смешивал со ртутью, серой, с нова
прокалив а л " . И так изо дня в день, неделя да недел е й . Шло
время, а секр ет приготовл ения «философского камня» так и
оста в ался секрето м .
Н о вот однажды, п р о к а л и в а я н а сильном огне сухой ос­
таток мочи, Б р анд з ам етил, что из р еторты выделяется ка­
кое-то веществ о , быстро сгора ющее на воздухе с обр азовани•
ем густого б елого дым а . С а м а реторта слабо мерцала
в полум р аке л а боратории. Сердце Б р анда з а билось ч а ще : в от
131

он, з а ветный «философ­
ский к а м ень», который
при несет ему богатство и
славу!
Получить этот мним ы й
«к амень» оказ алось не­
л егко. Много пр ишлось
еще пор аботать Б р а нду.
пока, н а конец , н а ступил
долгожд анный день. С з а ­
м и р ающим сердцем сле­
дил Б р а нд за тем , к а к
реторты,
п р и е мнике
в
собир ается
под водо й ,
белое в ещество, излуча ющее необыкновенное сия·
ние. И чем больше его н а к а плив алось, тем ярче становился
свет, и сходи вший от удивительного вещест в а . Свечение ста­
ло н а столько сильн ы м , что можно было читать книги. Но н е
тол ько это поразило Б р а нда.
В ещество оказал ось поист и н е удивительным. Его свет н е
обжигал , его можно б ы л о трогать рук а м и. А с а м о е гл авное­
все в ещ и , соприка савшиеся с ним, п р ио б ретали способность
светиться в темноте. П рием ник реторты, п а льцы Б р а нд11,
лож к а , .которой он пересыпал вещество в ча шку, - все све­
тилось р о в н ым , холодным светом .
Б р а нд устало опустился на скамейку. Н а конец-то он де р­
жит в р уках «ф илософский ка :v�е.нь» ! В се же скоро ему пр и ­
шлось убедиться, что его «ф илософский кам ень» не может
прев р а щ а ть в золото другие м еталлы. Н о это не смутило
алхи м и к а . В ещ еств о б ыло н а столько удивительны м , на столь­
ко н е похож и м на все о стальные, что о н все-т а ки сумел «пре­
вр атить» его в золото: Б р а нд продавал его по очень высо ­
ки м цен а м . А с а м о вещество он н азвал « холодный огонь», и
лишь впосл едств ии его пере именов али в «фосфор».
&ЕЛЫА , КРАСН Ы М, ЧЕ РНЫА

...

Что та.к ое ф осфор? Каким и свойств а м и он обладает?
На первый вопрос еще в 1 777 году ответил зна менитый
фр а нцуэский химик Л а вуазье . О н долго и тщательно изучал
132

горение фосфора и первый признал его за новый эл емент.
если гов о р ить
о хим ических свойств ах.
А каковы физ ические свойства фосфор а ?
Хотя со времени е г о открытия прошло почти 300 л ет, од­
нозначно ответить н а этот вопрос нельзя. Существует н е
один фосфор, а три.
В течение 1 78 лет, с т е х пор к а к Б р а нд открыл фосфор,
его считали белым веществ о м . Считали, что он светится в
темноте, что он мягок, как воск, и л егко воспл а м еняется.
В 1 847 году н е м ецкий химик Шреттер откр ы в а ет другую р а з ·
н овидность фосфор а - кр а сный фосфоr. П о своим свойст­
вам он довольно сильно отл и ч а ется от белого : почти в полто­
ра р а з а тяжелее, нерастворим в сер оугле р оде и , гл ав ное,
совершенно не светится в темногге. Б ел ы й фосфор воспл а ме­
няется при 40 градусах, а к р а сный - л ишь при 440 .
Но и н а этом н е кон ча ются п р ев р а щения ф осфора .
В 1 9 1 6 году была откр ыта нов ая р а з новидность - черны й
фосфор. Это уже совсем стр анный ф осфор : п о внешнему ви­
ду он н а п о м и н а ет гр а ф и т и даже проводит электриче­
ский ток.
Одн ако и бел ый, и кра сн ы й , и черный фосфор-это все
тот же элемент, который был открыт Б рандом . Оказалось,
что все три р азновидности м о гут пер еходить друг в друга
п р и оп ределенных усл овиях.
Д а и н а второй вопрос ответить не т р удно,

ХИМИЧЕСКИ Е ПРЕВР А ЩЕНИЯ ФОСФОРА

Фосфор своеобразен не только в силу своих физических
свойств. Он обл адает «богатой» химией. Т ак, н а п р и м е р , фос­
фор может проявлять в алентность 5 + , 3 + и 3- . Он м ожет
вза и м одействовать не только с элементами, но и с р азличны­
ми сложными в еществ а м и , о б р а з уя множество р азнообраз­
ных соединений. Мы здесь р а сскажем лишь о б основных сое ­
динениях фосфор а .
Этот элемент легко реагирует с галоген а м и . В з а и м одейст­
вуя с хлором, он дает:
2Р + 5Cl2
2Р + ЗСl2

=

=

2 P CJ5;
2РС1з;
1 33

пятихло р и стый и треххл о р и стый фосфор . О б а эти соединен и я,
являясь так н аз ы в а е м ы м и галоидан гидрида м и , очень р-е а к­
ционноспос о б н ы и , в свою очередь, легко вз а имодей ству ют
с в одой, о б р а з уя р азличные фосфорные кислоты:
P C I5+4H20=H 3 P 04+5HCI ;
РС lз + ЗН2О
Н3Р0з + ЗНСI .
=

Фосфор может соединяться и с водородом , о б р азуя п р и это м
.в еществ а , кото р ы е получили н азв а н и е фосфинов. Реакцию
в з а и м одей ств ия фосфор а с водородом м ожно н аписать следу­
ющим образом :
2 Р+ЗН2 = 2РН 3 .
В е щество, которое п р и это м о б р а з уется, н азывается фосфо­
ристым водородом. Это ядовитый газ с резким, неприя тным
запахом , по свойств ам своим сходн ый с а м м и аком. В этой
реа кции н а р яду с фосфином ( фосфор истым в одор одом ) полу··
ч а ются и другие а н а логичные соединения, н а пример Р2Н4, ко­
торый при обычных условиях п р едставляет собой жидкость,
с а м овоспл а м ен яющую ся на воздухе.
При повышенных температурах фосфор хорошо взаимо­
действует с н екотор ы м и м еталл а м и , обр азуя пр и этом соеди­
нения, кото р ы е получили н азвание фосф идов , напр и м е р :
3Са+2Р= С а 3 Р 2 ;
З М g+ 2 P =Mg3 P 2 .
С оединения эти , устойчивые с а м и по себе, в присутствии кис­
л от р а з л агают ся :
Мgз Р2 + 6HCI

=

ЗMgCl2 + 2РНз.

Ф осфор л егко соединяет ся с кисл ородо м , причем, как и в слу­
ч а е в з а и м одейств ия с хл ором, п роцесс может идт и двум я пу­
тя м и , в з а в исимости от количества кислорода, принимающего
участие в р е а кции:
4Р+ 502= 2Р 2 05;
4Р+ЗО 2 = 2Р20 3•
Вешеств а , о б р азующиеся п р и этом , назыв аются соответствен­
н о фосфорным и фосфор истым ангидр ида м и . Это очень гигро­
скопические белые в еществ а , л егко в ступ ающие в р е а к цию
с в одой с о б р азов ан ием кислот.
134

Можно ска з а ть, что фосфор способен р еагировать с боль­
шинством элем ентов периодической систе м ы и со многими
соединениям и , н а п р и м ер : сер о й , едкими щелоч а м и , ки слот а­
м и , .некотор ы м и солями и т. п. О мн огоо б р а з и и соединений
фосфор а м ожно судить хотя б ы по т о м у, что были получены
веществ а , ф ор мулы которых можно на писать т а к : POFC! Вr
и:

PSFCIВr.

Интересно отм етить, что с углер одом ф о сфор непоср ед­
ственно не соединяется. Одн а 1<0 этот « н едост а ток» он с лих­
вой покрывает тем , что обр азует м ногочисленные ф осфорор­
ганические соединения, которые получаются п р и в з а и м одейст­
вии р аз л и чных производных фосфор а с о р г а ническим и соед и ­
нени я м и . О некоторых из них, играющих и окл ю ч ител ь н о 13 а ж ­
ную роль в жизни животных и человек а , м ы еще будем
говорить.
С а м фосфор , как обычно п р и нято говорить - «эл емен­
т а р ный» , находит л ишь огр а н и ченное п р и м енение. Белый
фосфор в есьм а ядовит, п оэто м у его и спользуют для борьбы
с в редителями сельского хозяйств а . l(стати, он п р и м еняется
и в военном деле - как н аполнитель специ альных типов за­
жига тельных бомб и дымообр азующее в ещество п р и поста­
новке дымовых з а вес. l(расный фосфор используют в п р оиз­
водстве спичек. Но поистине гром адное з н а ч ен и е имеют сое­
ди нения фосфора.
ФОСФОРНЫ Е КИСЛОТЫ

Мы уже говор ил и , что фосфор способен со еди няться с кис­
лородом с обр азованием р аз.11ичных окислов. А теперь по­
смотрим, что же п р едставляют собой п р одукты их в з а и м одей­
ствия с в одо й . Л учше всего нач ать с фосфорного а нгидри­
да - Р2 0 5 • Оказ ы в а ется , если он р е а ги р у ет с водой, то при
этом обр азуется не одн а кислот а , к а к это б ы в ает у об ычных
ангидридов, а три (опять число три - тр и в ида элементар­
ного фосфор а , теперь три кислот ы ) :
Р 205+Н20=2 Н Р 03;
Р 2О5+ЗН 2 0= 2Н3Р 04 ;
Р2 0 5 +2Н20= Н4 Р207,

которые называются соотв етственно м ета фосфорной, ортофос­
форной ( ил и просто фосфорной) и п и рофосфорной. Таким
! 35

о б р а з о м , в з а в и симос11и от кол и честв а молекул воды, вошед­
ш их в р е а кцию с одной молекуло й фосфор ного а нг идрида ,
могут об разов аться разли чные кислоты. Д л я того чтобы лег­
че уясн и ть себе такое стр анное поведе н и е фосфорн ого анги а:­
рида, на пишем структур ные формулы этих в еществ :
н

н
1
о1

1

Н-О-Р

�о

� о

о
1

Н -0 - Р -О - Н

н
1
о
1

Н - О - Р -О - Р - о - н
11
11
о
о

11

о

П охоже, что в се они, как принято говорить, генетичес ки
rвяз аны, то е сть все их можно получит ь друг из друга . Н а ­
пр имер , ортофос форную можно получить из м·е тафосфо рной
кисло ты простым пр исоеди нен ием воды:
н -о - Р

� о
�

� о

+

,-

о
11

н - о -н - н - О -Р

"

-о

. . . - о- н

... -н

]

о
1!

- н -О - Р - о - н
i
u
1
н

А пирофосфор ную можно получить из о р тофосфорно й п р и

конде нсации ее м олеку л :

о
о11
о
г········""···--·-··· ··: о11
11
11
н -О - Р - О -7 Н + H - O -i- P - 0 - H - н -о-р � о - Р - О -Н + Н 2О
'
:
1
1
i
.
о
о

ь

1
н

. . . . . . . . . . ".": 6
1
н

1
н

1

н

Вообще гов оря, это не только теоретичеокие возможности.

В с а м о м деле, из метафосфорной кислоты при опреде.Jlен­

ных усл овиях м ожно получить и орто- и пирофосфо рную кис ­
лоты .
В се эти кислоты при обычных условиях - кристалл ичес­
кие веществ а , все они бесцветны и очень сильно поглощают
136

воду. ( Пр а вд а , еще сильнее воду поглощает с а м фосфор ны й
а нгидрид . Он способен отним а ть ее у др угих кислот, напри­
мер т-аких, к а к азотная кислот а , и даж е обугливать некото­
рые органич еские веществ а , з а б ир а я у них воду. )
Н а иболее в ажное п р а ктическое значение им еет ортофос­
ф о р н а я кислота, и не столько она са м а , как е е соли , которые
и сп ользуются в качестве удобре.н ий.
l(р ом е мета - , орто- и пироф осфорной кислот, ф осфо р
способен обр азовыват ь еще м ного других, из которых, по­
ж алуй, самой интересной является фосфористая. Получ ается
она при в з а и м одей ств и и фосфористого ангидрида с водой :
Р 2 0 3 +ЗН20=2Н 3 Р03•

Это тоже белое крист аллическое вещество, легко р а створи­
мое в в оде.
Одн а ко в отл ичие от кислот, которые фосфор образует
в своей в ысшей степени окислен и я , как фосф о р и стая кисло­
та, так и ее соли сильно ядовиты . И еще одно интересное об­
стоятел ьство. Стр оение фосфор истой кислоты можно изоб р а ­
з ить в в иде двух формул :

О б е эти формы на ходятся в р а вновесии друг с другом, но
в обычных усл овиях фор м а I I сильно преобла дает. l(ак с а ­
мо й кислоте, т а к и е е сол я м отвечает формул а I I , поскольку
для нее известны лишь двуз а м ещенные сол и , напри­
мер N а 2 Н Р О з · 5Н2О. Одн а ко для формулы I получены слож­
ные органические производные. Т а кое явление н азывается
та утоме р ией и ч а сто встр е ч а ется в органи ческой х и м и и . И н­
тересно, что фосфористая кисл ота - сильный восстановител ь
и из р астворов солей сер е б р а в ыделяет м еталлическое се­
ребро, а из солей м еди - м едь. С а м а по себе кислота очень
устойчи в а и с трудом окисл яется до фосфорной. Остается
лишь доб а в ить , что у нее, так же как и у фосфорных кислот.
имеются свои а н алоги - м ет а фосфористая НРО2 и пирофос­
фористая Н4Р2О5 кислоты.
137

ПИЩ А

РдСТЕН И А

Еще з адол го до н ашей э р ы люди о б н аружили, что при
посевах почва истоща ется. Урож а и ста нов ятся в се м е н ь ш е и
меньше, и в конечном итоге почва становится б е сплотной.
Ц елые селения снима л ись с обжитых мест и шли н а поиски
плодородн ых земель. Они сжигали ле.с а , о б р а б атывали цели­
н у, а ч е р ез несколько л ет снова были в ы н уждены уходить н а
новые места . Шл и века . Ч еловек нака п л и в а л опыт, з н ания.
И вот н а одном из этапов р азвития люди стали использов ать
у добрения.
l(ельты, например, применяли удобрения з а несколько сот
лет до новой э.ры. Извест н о также, что удобрения п р и меня­
лись и в древней Греци и. Одн ако и нтен сивное использование
их н а ч а лось л и ш ь около ста лет том у н а з ад.
В первой трети п рошлого века выдающийся нем ецкий
ученый Юстус Л и бих сщел ал интер есный экс п ер имент: он
п р овел хим ич еокий анализ большого количест в а р азличных
р а стений. В результате оказалось, что все они содержат
в своем сост а ве лишь десять эле.ментов : углерод, в одор од,
кисло р од, азот, кальций, калий, фосфор, серу, м агний и желе­
зо *. В се эти элементы имеют очень большое з н ачение для
норм ального р о ста р а стений. Отсутств и е одного из них, даже
при избытке друnих, приводит р а стения к nи б ел и .
В скоре выясн илось, ч т о углерод р а стения могут получ а ть
из воздух а , поглощая содержащуюся в нем углекислоту. В о­
дород и кислорОiд они получ ают из воды . В м а гнии, желез е и
сере ра стения нуждаются в незначительных количеств ах и
с и з б ытком могут получать их из почвы. Д а ж е азот некото­
рые р а стения ( н апример, бобовые) могут п огл ощать из воз­
духа . Таким о б р а з о м , дJIЯ х ор ошего р о ст а р а стен и й в почву
необходи м о вносить калий, фосфор , азот, иногда кальций. При
этом в ыяснилось, что недостаток фосфо р а в почве сказывает­
ся резче в сего.
С а м ы й з а м етный приз н а к недостатка фосфор а в почве сла бы й рост р а стений и м елкие темно-з еленые л истья. Н о бы­
в а ет и по-другому. Н а п р и м е р, недостаток ф о с ф о р а в долине
Лима в Перу проявляется в том, что л и стья кукур узы п риоб* Более тщательны м и о п ы та м и у ст а н о вл ен о , что в р аст ен иях п рисут­
ст в ую т в в иде сл едов м н о г ие дру г ие эл е м е нт ы, игр ающие в а жную р о ль
в их жизн еде я тельности .
1 38

ретают пурпурную о к р а ску. Ан а л огичную окр аску листьев
в ы з ы в а ет н едостаток фосфора и у том атов . Н о окр а ска лис­
тьев р а стений - это еще не самое гл авное. П усть себе л ис­
тья становятся хоть син и м и , л ишь бы р а стения д а в а л и хоро­
ший у р ож а й . Но оказалось, что при н едостатке фосфора
у р а стен и й сл або р аз в и в а ются корни, сильно пор а ж а ется со­
судистая сист е м а . Крахмал не прев р ащ а ется в с а х а р , задер­
ж и в а ется в ызрева н и е плодов . Е сл и ж е почва богата фосфо­
ром, н а блюда ется прямо противополож н а я картин а : бурно
р а з в и в а ется кор невая с исте ма р а стений, особенно в ф азе
всходов , повышается з а сухоустойчивость, скороспелость. П р и­
сутств и е фосфора хорошо отр а ж а ется н а дел е н и и клеток, н а
о б р а з о в а н и и жир а и бел к а , усил и в а ется кущ е н и е з ерновых
культур.
И з быток фосфора приводит к усиленн о м у о б р а з ов а нию
по бегов у кукуруз ы. А клевер и люцерна при внесе н и и в поч­
в у фосфатов дают семена в год по сев а , тогда как о б ы ч но
пр иносят их л ишь н а следующий год .
Одн ако самое непр ият н о е з а ключ ается в том, что удоб­
рять почву фосфорной кислотой и л и белым фосфором нельзя :
о н и действуют н а р а стения к а к яды. Н ел ьзя удобрять почву
и кр а сным фосфором : р а ст ен и я н е усв а и в ают его. Для этой
цели в н а ш е в р е м я На з а водах производятся гром адн ые ко­
л и ч еств а р азличных специальных фосфорных удобрений.
С а м о е пр остое и доступ н о е из н и х - фосфорит, природ­
н ый фосфор нокислый к альций С а з ( РО4) 2. На з ав одах его
р азм алывают в порошок и непосредственн о используют в ка­
чест в е удобрения под названием фосфор итной муки. Одн а ко
это удобрение пригодно н е для всех почв. В едь ф о сфор н о­
кислый кальций н ер а ство рим в в оде, в твердом в иде р а стен ия
его не усв а и в а ют. Поэтом у п р и м енять его м ож н о только на
кислых почвах, rще содержащ иеся в самой почве р азличные
органические кислоты переводят его в более р а створимую
фор м у - двуз а м ещенный ф о с ф а т кальция С а Н Р О4•
Более универсальным являе11ся суперфосфат, который со­
держит в своем сост а в е одноз а м ещенный ф о с ф а т кальция
Са ( Н2Р04) 2, хорошо р а створимый в воде . Получают его об­
ра боткой р аз м ол отого ф о с ф о р ита серной кислото й :
С а з ( Р О 4) 2+2H2S 04= C a ( Н2РО4) 2+2C a S 04.
Обр азующаяся п р и этом смесь дигидрофосфата

и

су111 ь ф а т а
lЗ!t

кальция н а зы в а ется п ростым суперф о с ф а то м и непосредст­
венно испол ьзуется в в иде удоб р е н ия.
Одн а ко большой недоста ток п р о стого супер фосфата присутствие в нем сер нокислого кальция , п р а ктически н е
нужного н и р а стениям , н и почве. А ведь этот б ал л а ст сос ·
rавляет почти 54 п р о цента по весу, то есть больше половины.
Более в ы годно поэтому производить двойной суп е р ф о с­
ф ат, котор ы й получают в две стадии . Из природного фосфо­
рита в ы р а б атывают сначала фосфорную кислоту:
Саз ( Р О4 ) 2+ЗН2 S О4=2НзРО4+З С а S О4.
Образов авшийся осадок сер нокислого кальция отфильтровы­
вают, а полученной фосфорной кислотой дейст вуют н а новую
порцию фосфорит а :
С аз ( РО4) 2+4НзР 04= 3 С а ( Н 2 Р О 4 ) 2.
Двойной супе р ф о с ф а т п р едставляет собой хорошо р а створи ­
м ую соль фосфорной кислоты и м ожет и спольз оваться п р а к­
тичес1ш н а л юб ых почвах.
Остается только доба вить, что ежегодно урожаи всего
мир а уносят с полей около 1 О миллионов тонн ф осфорной
J< И С Л О Т Ы .

Н Е СУЩИ Й ЖИЗНЬ...

В сер едине п рошлого века было обн а р ужено, что фосфор­
нокислый кальций - основ н а я составляющая ча сть костей
жи вотных и человека, а некотор ые сложные соединения ф о с-

1 40

ф о р а содерж атся в мозговых тканях. Это позвол ило н е м е ц к о ·
му
хим ику Молешотту з а я в и ть около ста лет тому н азад:
« Без фосфора нет мысли». И уже в н а ш е в р е м я ученые п р и­
шли к выводу, что без фосфо р а не только «нет м ысли » , но и
вообще немыслимо существование ни ч е.1овека, н и живот ных,
ни р а стен ий.
Д л я чего же нужен фосфор живым организм а м ? Ответить
п одробно на этот вопрос в н а ш е м. очерке довольно трудно, и ,
кроме того, р оль м ногих фосфорных соединений, н а ход ящих ­
ся в живы х организмах, до сих пор еще оконч а тельн о не в ы ­
ясне на.
П режде в сего нео бходи м о отметить, что в есь фосфо р , н а ­
ходящийся в о р г а н и з м е человека и животных, и м еет или р а с·
тительное, или животн о е п р о исхожде ние. Л ишь р а от е ния сп о·
собны усв аив ать фосфор непосредственно из почвы, и то тол ь­
ко в виде р а створи мых солей фосфорной кислоты. Он н а к а п­
л и в а ется в р астениях т а м , где идут интенсивные п р оцессы
синтез а органического вещества и клетки р а стений содержа т
много плазмы. Что же там происходит?
Обыч но , когда м ы гово р и м , что р а стение непосредственн о
усв а и в а ет углекислоту из воздуха и строит из нее ор г а н и ­
ческие соединения, мы описываем этот процесс ура внение м :
6СО2 + 6Н2О

=

СвН 1 2Об + 602 ,

то есть гов орим, ч т о из углекислоты и воды обр аз уется гл ю­
коз а , кото р а я путем дальнейших п р е в ращений прео б р азуется
в более сложные органические вещест ва . Н о этот пр оцесс
о ка з а л ся далеко не таким п ростым .
К:огда учены е з а нялись его детальным изуче н и е м , о б н а р у­
жились дв а интер есных ф а кт а . Во-первых, приведе н н а я реак·
ция требует з атр аты большого количеств а энер гии. И де йст·
в ительно, попробуйте получить сахар из в оды и угл я ! Откуда
же берет р астение эту энергию? И , во-вторых, фотосинтез
( усво ение р а стен и я м и углек ислоты) резко з атор ма живается
п р и недостатке фосфора в р а стен ии.
Ученые нашли, ч т о фосфор входит в с о ст а в так называе­
мых хлоропл а стов - своеобразных р а стительных органов,
непосредственно осуществл яющих фотосинтез. Д альнейшее
изучение роли фосфора в р астениях ( которое, кстати сказать,
шло не один десяток лет) позволило п рийти к следующим
выводам . Во-первых, фо сфор играет довольно з н ач ительную
141

р оль в ф иксации углекислоты из воздух а . О к а з алось, что р а с­
твор и м ы е фосфат ы м о гу т поглощать двуокись углерода по
схем· е :
С О 2 + Н2О + Н Р О4 2- = НСОз- + Н2Р О 4-.
Во-вторых, фосфо р в ходит в состав хлороп л а стов в виде
слож н ы х органических производных, н аз ы в аемы х фосфоли­
поида м и . ( С а м и фосфолипоиды - это гл ицериды, отл ичаю­
щиеся от жиров тем , что в них два гидроксил а гл ицерина
соеди н яются всегда с двум я р адик а л а м и ж и р н ы х кислот, а
третий - с фосфорной кислотой . )
И , на конец, в - третьих, оказалось, что реакция в з а и м одей­
ствия С О 2 и в оды с п р ев р ащением в глюкозу п роходит в н е ­
сколько стадий, и одной из промежуточн ы х я в ляется образа·
в а ние сложного фосфорорганического соединения, так н а з ы­
в аемой ф о сфор ноглицер иновой к ислоты.
В ыяснилось т а кже, что фосфор нео бходим и при дыхании.
Здесь оказалось п римерно т о же, что и с синтезом глюкозы.
Обычно мы пишем :
С 5 Н 1 2О5+602=6 СО2+6Н2О .
Следов ательно, п р и дых а нии глюкоза п ереходит в углекис­
л оту и в оду, которые м ы и выдых аем. Одн а к о и этот пр оцесс
оказался далеко не таким п р остым.
В р а стительных и животных организмах н а х оди11ся слож­
ное органическое вещество1 содерж ащее в своем составе ф ос1 42

ф о р. Н аз ы вается оно аденозинтр ифосф ат. В п р инципе форму�
лу его можно представ ить в т а ко м в иде:
он
он
1
1
R-0- P - O - P - O - Р - ОН
11
11
11
о
о
о
он
1

Оказалось, что это в ещество и е м у подо б н ы е обр азуются
в процессе дых а н и я и в то же в р ем я служ а т своеобр а з н ы м и
н а копител я м и м ышечной э н е р г и и в животных органи зма х.
П р и п роцессе дыха н и я глюкоз а о б р а зует сложные фосфор­
нокислые эфиры, так н аз ы в аемые дифосфаты. П р и этом при­
м ер н о 5-6 м олекул гл юкозы о б р азуют дифосфаты, а од н а
окисляется до С О 2 • З атем дифосф аты тр ансформ ируются в
аденозинтрифосфат .
Молекулы аденозинтр ифосфаТ>а, п р и соеди н яясь к мол еку­
л а м бел к а , з а ставляют их п р ин и м ать определ енную ф о р м у.
Это зн ачит, что молекул а з а п асл а сь энергией. Е сли такой
« а ктивной» молекуле не рвные ткани п р и носят п р и каз « р а бо­
тать» , структур а м олекулы р езко м е н я ется - она сок р а щ ает­
ся, и чел овек производит к а кую-нибудь р а б оту, н а п р имер
сги бает руку. При этом м олекул а аден ози нтрифосф ата пре­
в р ащается в мол екулу аденозиндифосфата, и , чтобы м ы шца
могл а снова произвести к акую- нибудь р аботу, к мол екул а м
бел к а опять должн а п р исоедин ить ся м олекул а аденоз интри­
ф о с ф а т а , ч то б ы они приняли и сх одную форму, то есть з а п а­
сл ись !Новой порц ией э нерг�и и .
Ф осфор, открытый п очти 3 0 0 лет н аз ад, получил с в о е н а ­
зв а н ие з а способ ност ь светиться в темноте. Одн ако, к а к м ы
увидел и , он является « н есущим свет» н е только в прямо м
смысл е. Это фосфор п р и н осит н а ш и м полям плодородие, а
в н а ш и дом а - обилие п р одуктов ; фосфор дает «жизн ен н ую
си л у» животному и р а ститель ному организму. Поистине е г о
следовало бы назв ать не «несущий свет» , а «несущий
ЖИ ЗН Ь » ,

1

ОКЕАНЫ
И З Д В УХ
ГАЗОВ

«Мир отр а ж ает·с я в к а п л е воды » . Это не только поэтиче­
ская м е та ф о р а . Действительно, в капле воды можно ув идеть
жизнь зел еного листа и человека, дымящиеся трубы мощных
зав одов , зеленеющие поля, контуры будущих термоядерных
элект рост а н ций и след космического кор а бля , м ч ащегося к
да л еким звезда м . . .
С а м а я обыде н н а я и с а м а я известн а я жидкость - в ода
состоит из двух химически активных газов - водорода и ки­
слорода. В литре в оды с одержится 1 1 1 , 1 г р а м м а водорода и
888,9 г р а м м а кислорода , и н а ч е говоря - 1 254,32 л итр а водо­
рода и ровно вдвое меньше кислорода. Н а З е м л е 2· 1 018 тон н
воды. Н аглядно п р едстав ить себе это кол ичество можно так.
Постр о и м мысленно гигантский цил индр с п л ощадью осно­
ва н и я в 1 квадратный метр. Это т цилиндр, в ы сота которого
равна величин е ди а м етра з емной ор биты, то есть 300 миллио­
н а м километро в , вм естит всю воду нашей п л а н еты.
Как же р а спределяется н а Земле вода ? Больш а я ч а сть ее
находится в морях и океанах, осталь н а я - в реках, озерах,
л ьдах суши, гор ных породах и м и не р а л а х . Атмосфер а соде р­
жит одну стотысячную ч а сть всей в оды. По а б солютному зна­
чению это н е м а л а я величи н а : если б ы атмосферные п а р ы
сгустил ись, уровень океанов повысился бы н а четверть м е т­
р а . Ежегодно в круговороте н аходятся гром адные м а ссы в о­
ды; если б ы в с я испаряющаяся вода удаля.1J а сь в з а атм о ­
сферные высоты , океаны мелел и б ы н а 75 сантиметров каж·
дый год.
В ода, п о о б р а з н о м у выр ажению Ф е рсм а н а , - нерв Земл и .
В ода везде. Д а ж е в к а м н е . И ч т о б ы убедить ся в это м , не н а­
до вызывать вел и к а н а из ст а р ой детской сказки, того, что м о­
жет выж а ть воду из к ам н я.
1 '14

Л ю бой химик скажет, что, например ,
в килогр а м м е гипса содержится 2 1 0
г р а м м ов воды. В ода есть в о всех живых
организ м а х.
О ЧИСТОТ Е ВОДЫ

В учебниках обычно пишут, что в о ­
да - э т о проз р а ч н а я , бесцветн а я жид­
кость без вкуса и з а п а х а .
Шведский ученый З оттерм а н утверж­
да ет, что живо11ные ощущают в кус во­
ды а н а л огично тому, как мы, н ап р и м е р ,
вкус сол и . У человека т а к и х а н ализ ато­
ров нет, но в кус воды дл я н ас - пон ятие обыденное и н и к а к
не абстр актное.
Одно дел о - водоп роводн а я вода, другое - вода из про­
з р ач ного родника. По в кусу они р а зличаются резко, внешне
не отличаясь нич ем . В едь вода - п р е красный р а створ итель,
в ней в сегда есть п р имеси солей и газов. В п р и р оде с а м а я
чистая вода - дождев а я , но и о н а не без примесей. 1 кило­
гр ам м дождев ой воды при в ып а р и в ании дает 30 ;1.1 ил л и г р а м ­
мов сухих о статков ; к тому же в л и т р е воды р а ств орено не
менее 200 м илл игр аммов г азов. А если взять речную воду?
Тонна чистой на вид невской воды несет с собой 57 г р а м ­
мов р а створенных веществ, днепровская - 1 87 г р аммов, а
мутно-желтые воды Нил а - до 1 600 г р а м м о в . А вод а , прихо­
дя щая в наш дом по тру б а м ? Л ю б а я хозяйка з н а ет, что внут­
реннюю поверхность ч а й н и к а , в котором ежедневно кипяти т­
ся вода , со временем покрыв ает слой желтов атой н а кипи.
Это углекисл ы е сол и м а гн и я и кальция. На своем долгом и
дл инном п ути к водоп ров одному к р а н у вода р а створяет у г­
лекислый газ атмосф е р ы , п р и соп р икосновении с гор н ы м и по­
рода м и она вымывает из них углекислые соли м а гн и я и
кальция .
П р и м еси п ричиняют н е м а л ы й ущерб н а родному хоз я й ству.
Достаточно сказать, что осво бождение от н а кипи лоп а ток од­
ной мощной турбины обходится в 25 тысяч рублей .
Как же очищают в оду от в редных примесей? Н а первой
стадии - о б р а б откой химическими в еществ а м и . Что б ы с м я r 1 45

чить воду, катионы м а гн и я и к альци я осаждают добавкой из­
в ести , соды и щелочи. О бразующи е ся соеди нения этих эле­
м е нтов в ы п адают в о с адок.
Химики в л а бо р аторных опытах польз уются дистиллиро­
в а н н о й водой. Е е получают в спе ц иальных а п п а р атах. О быч­
ную в оду н а г р е в а ю т в п е регонном кубе до кипения, пары по­
ступ ают в холодил ь н и к, где охл аждаются и капельками воды
стекают в п р и е м н и к . Однажд ы п ерегн а н н а я в ода оодержит
0,5
1 м иллигр а м м р а створенных солей на л итр . Т акое ко­
лич еств о п р и м есей не в л и яет на ход р е а кций, которые прово­
дятся в дис'Гилли р о в а н н ой в оде. Н о для изучения ее свойств
необходи м а более тщател ь н а я оч истк а.
В п р ошлом в е ке очен ь чистая в ода была получена пере­
гонкой дв ажды дистилл и р о в а нной воды в м ал еньком а п п а р а ­
тике, и з которого в ы к а чали воздух. Колбочку, где собирали
перег н а н н ую в оду, п р едварительно в ыщел ачивали в течение
десяти лет.
И сей ч а с получен и е очень ч и стой в оды, н а п р и м ер для изо­
топного ан ализ а , - п роцесс неп ростой. Конечно, дл я этого не
нуж но тр атить десяти л ет н а к акую-то колбочку: современ н а я
х и м и я обл адает новейшими мощными ср едств а м и очистки.
Показ ателем чистоты в оды служит обычно е е электропро­
водность . Чем меньше электропроводность, тем она ч ище.
Для получения воды высокой степ ени ч истоты исполь-.
зуется м ногокр а тн а я непол н а я п ерегонка дв ажды ди ст иллиро­
ван ной воды с последую щей обра боткой ионитами. Чтобы из­
бавить ся от п р и м е сей о р г а н ических в еществ , в оду п одверга ют
действ и ю г а м м а -излучения Со-60. О р га н и ч еские п римеси
окисляются в угл е к ислый газ, который удаляют п р одув а нием
инертного газа. А обр азующуюся в результате кобальтов ого
обл учения пер екись водорода разлагают действием ульт р а ­
ф иолето в ы х лучей. Н ауке ч и с т а я в ода п р и н е о.л а большую
пользу .
-

ПРИРОДНЫЙ

СТАНДАРТ

« С'Голько-то гр адусов по Цельсию », - говорим м ы . Те м ·
пер атур н а я ш к а л а Цельсия-м еждуна р одн а я шкала. З а еди­
ницу - гр адус - в н е й принята сотая д о л я п р о м ежутка м еж­
ду тем п е р атур а м и к и п е н и я и з а м е р з а н и я чистой воды п ри
атмосфер ном давлении.
1 46

В ода - н аиболее р аспро­
стр а н енное
п р и р одное тело.
Получить с ее помощью темпе­
р атуру в 0 ° С и 1 оос С доволь­
но л егко. Потому и н е удиви­
тельно, ч т о о н а послужил а
естественным стандартом тем­
ператур ных шкал. В од а связа­
на не только с понятием т е м ­
пер атур ы , но и м ассы, и в е с а ,
и теплоты.
Гр а м м - в еличина усл ов­
ная.
Г р а м м - э т о м а,сса и вес 1 кубического санти метр а воды
п р и 4 ° С - темп е р а туре м аксим аль ной плотности в оды .
И еще одно з ам ечательное свойство вод ы н а ш л о п р и м е­
нение в системе единиц. Поставьте утюг весом в 1 килогр амм
н а электрическую пл итку, н а такую же плитку пост а вьте ки­
логр а м м в оды в алюмини евой к а стрюле. Через некото р о е вре­
мя до утюга не дотронешься, а вода будет лишь теплой. В едь
дл я н а гре в а н и я н а 1 гр адус о н а тре бует зн ач ительно больше
тепла , чем любое другое вещество. I(оличество тепл а , погло­
щенное одн им г р а м м ом какого-либо в еществ а п р и на грева­
ни и на 1 гр адус, н аз ы в а ется удел ьной теплоем костью. В ода
обладает самой высокой удельной теплоем костью, котор а я и
п р инята з а еди ницу количеств а тепл а - калорию.
Т Р И СОСТОЯ НИЯ ВОДЫ

Ры боловы - н а р од н еуго м о н н ы й . О н и и зимой удят ры­
бу. Пробив а ю т л ед, з а б р а с ы в а ю т удочки в воду и . . . ждут.
Рано и л и п оздно п р иходит уд а ч а . И в р яд ли м ногие из н и х
задумываются, что этим удо в ольствием они обяз а н ы одной
из аномалий воды. Не обл адай о н а этой а н о м а л ией, уже при
сл абом морозе п р уд или р ек а покр ы в а л ись бы коркой отвер­
девшей жидкости, а при сильном - п росто в ы м е р з а л и бы о т
дна до п оверхности. И вот п о ч е м у : с повышением темпера­
тур ы у в сех тел объе м увел и чи в а ется. Исключе н и е соста в­
л яют металлы таллий, в исмут и . . . вода. В од а не п одч и н яется
этому закону: в промежутке от О до +4°С ее объем ум ень147

ш а ется. Потом у-то з и м о й, когда тем п е ратура в оздуха ниже
нул я , водоемы н е в ы м е р з а ю т до д н а .
Судите с а м и : пе ред н а м и пруд; те м п е р а тур а е г о поверх­
н о сти достигл а + 4 гр адус а . Вода при такой тем п е р атуре
обл адает м а кс и м альной плотностью ; следов а тел ьно, в ерхние
слои ее идут н а дно. Становится холоднее, темпер атур а дос­
тигает О гр адусов , п оверхностные слои не идут на дно,
а остаются н а своем м есте , превращаясь в л ед. Чем сильнее
мороз, тем толще корка льд а , но под этой кор кой все же
в од а .
Л е д , о бл адающий м алой теплопроводностью, как бы в ат­
н ым одеял ом п редох р а н яет нижние сло и воды о т переохл аж­
де ния. Л ед легче воды. При О гр адусов вода более легк а , чем
при + 4 ° С . I( а чественно новое состояние в оды - лед ( «твер­
д а я вод а » ) - обл адает еще более «рыхл ы м » строен ием.
К А К &Ы СТРО HArPEBAETCA ВОД А И ТАЕТ Л ЕД

Мы уже говорили, что вода обладает в ы сокой удел ьной
теплоемкостью. Чтобы н а греть 1 гр а м м воды на 1 градус,
нужна 1 калория. Это боль ш а я вел и ч и н а . Н а грев а я 1 л итр
воды от комн атной те мпер атуры до к и п е н и я, необходи мо
з атр а тить стол ько энергии, сколько хватило б ы для подъе м а
собачки в есом в 3 килогр а м м а н а в ы соту 1 0 т ы с я ч метров.
В од а м едленно н а грев а ется , но и стол ь же м едленно охл аж­
дается. Поэтому ее в ыгодно п р именять дл я водяного отоп­
л е н и я зданий. Е е испол ьзуют т а кже в к а честве теплоносите­
ля в атом ных ре акто р а х .
Б ол ь ш а я теплое мкость в оды определяет в з н а ч ительной
ме ре кл и м а т п л анеты. Почва быстро н а гревается, но и б ыст·
ро отдает тепло. В ода же не тра нжи рит летнее тепло, по­
лученное от Сол н ц а . В течение всей з и м ы океаны и моря
подогревают воздух . . .
В ода м едленно н агревается, и столь же медленно пл а ­
в ится л ед. Ч т о б ы п р евр атить е г о в в оду, н адо сообщить опре­
деленное количество теплоты, называемое теплотой пл а вл ен и я .
Теплота, необходим а я для п л а в л е н и я 1 гр а м м а веществ а , н а ­
з ы в ается удел ьной тепл отой п л а в л е н и я . Д л я л ьда она р ав н а
80 калориям, тол ько алюминий обладает большей удел ьной
теплотой пл авления.
1 48

К а к м ного тепл а н адо для того, ЧТl)бы l гр а м м в оды
превр атить в пар? 538 калорий. В ода обл адает н а и большей
тепл отой п а р ообразов а н и я среди всех известных жидкосте й.
Энергия в одяного пара вот уже много десятилетий движет
п а р овозы и п а р оходы, л о п а тки п а ровых тур бин.
А ЖУРНАЯ СТРУКтУ РА ВОДЫ

Почему же вода так отл и чае1'ся от других жидкостей?
К а к объяснить то, ч то л ед о бл адает меньшей плотностью,
чем вод а , что вода и меет м а ксимум плотности, что н а е е
долю п р иходится наи большая теплоемкость и теплота п а р о­
обр а зования?
Аномальное поведение воды связано с особе нностью ее
стр уктуры . Молекул а воды несимметричн а : центры «тяже с­
тей » положительного и отр ицательного з а р яда в ней не сов­
падают. Она пол я р н а и, как м агнит, обл адает двумя пол ю­
с а м и : один - положительный з а р яд атомов водород а , дру­
гой - отр и цательный заряд кисл орода. В воде о б р а з уются
так н а з ы ваемые водородные связи. Водор од одной мол екул ы
воды вступ ает в связь с кисл о р одом другой.
В одород в воде соеди нен с дв умя кислород а м и ср азу: со
«Своим» и с «чуж и м » . Со «своим» он связан крепче. З а ме­
тим, что в в оде водородные связи гораздо п р очнее, чем
в других жидкостях, обл ада ющих такой же способностью.
Следовательно, молекул ы воды соеди нены друг с другом
прочнее, чем молеку.11ы какой-л и б о другой жидкости.
Ну, а как они р а сположены? Н а ч нем со льда - воды
в твердом состоян и и . П р едпол ожи м , н а м д а н а задача р а спо­
л ожить в ящике бильярдные ш а р ы так, что бы и х п о мести­
лось как можно меньше, и в то ж е время так, что б ы они
образовали устойчивую структуру. Решив ее, мы о б н а р ужим,
что в нашем сосуде один ш а р соп рикасается тол ько с че­
тырьмя другими. Укл адка ш а ров здесь обл адает м алой плот­
ность ю : она ажур н а , в ней много п устот, р азмеры которых
несколько больше р азмеров ш аров. З а м ен и м теперь ш а р ы
м ол екул а м и воды - перед н а м и структура льда. Молекул ы
м ежду собой соединяются водородн ы м и связ я м и . Потрясем
сосуд - структур а л ьда н а рушится, и, конечно, в сторону
уплотнения. Плавлею1е л ьда - это своеобр азная «встряска»
его структуры.
1 49

Поскольку м ол екул ы в оды обл адают довольно сил ьны м и
водородными связ я м и , ее структура - пр остр а н ственная сет­
ка ее моле кул - в основном повторяет структуру л ьда. Это
док а з а н о р ентгеног р а ф и ческими и ссл едо в а ниями. К:огда лед
пл а вится, прои сходит ч а стичное з а полнение пустот его струк­
тур ы . Отсюда увел и чение плотности и уменьшение объе ма.
Дальнейшее повышение темпер атуры от О до +4 ° С сопро­
вожда ется сл едующи м и процесса м и : с одной стороны, М ОJ1е­
кул ы воды усил и в ают свои кол ебания в о круг центр а р а в но­
весия, с другой - все бол ьшее количество м ол екул поп адает
в пустоты. Получ а ется более эконом и ч н а я структур а, отчего
вода дости г а ет м а ксимума плотности. Увеличение температу­
ры в едет к усил ению колебаний молекул вокруг центр а рав­
новесия, а з н ачит, к увеличению о бъем а .
С з аполнением структур ных « пустот» мол екул а м и воды
связ а н а бол ь ш а я теплоемкость жидкости. Теплота идет н а
р аз р ы в в одо родных связей м олекул ы : п о п а в в «пустоту», о н а
освобождается о т связей с др угими молекул а м и . Этим же
объясняется и бол ь ш а я величи н а теплоты п а р оо б р а з о в а н и я :
э н е р г и я здесь тра тится н а р азрыв водородных связей.
Таким о б р а з о м , а н о м алии свойств воды связаны со струк­
турной ажур н о стью ее, с одной стороны, и п рочно стью водо­
родных связей - с другой.
ВОДА, КОТОРАЯ Н Е ПОРТИТСЯ

Может л и вода не портиться меся ц а м и , даже :в жару,
есл и о н а стоит н а откр ытом воздухе?
И з в естно, что две с п оловиной тысячи л ет н а з ад во время
военных п оходов пер сидский ц а р ь К:ир польз о в а л ся питьевой
водой из особых серебряных сосудов - « священных». Эта
вода п р едох р а н ял а от болезней и н е портил ась годами. Д а
и в гор аздо более поздние в р е м е н а « с в я т а я » в ода был а пред­
метом спе1<ул я ций у служителей р елигиозных культов.
Во второй п оловине XIX века «цел е б ной» в одой з а интере­
сов ались ученые. Н е м ецкий биолог Н егел и п ол ожил 1 2 се­
ребряных монет в сосуд, содержащий 12 литров воды . Через
некото ро е вр е м я он о б н а р ужил, что вода получил а способ­
ность убивать одноклеточные водор осли и б а ктер ии. Причем
для этого достаточно было 1 ч асти сереб р а на сто м иллионов
ч а стей в оды.
150

О1<аз алось, что таким же свойством обл адает и м едь. Е г о
на зв а л и олигоди н а мическим э ф фектом ( о т греческого «оли­
гос» - сл еды и «ди н а м ис» - действие) .
«Серебряная в ода» п олучила со в р е менем широкое п р ак­
тическое п р именение в медицине и для консер вирования пи­
щевых продуктов.
В од а , з а р аженная б а ктер и я м и дизентер и и , брюшного ти­
фа, стафил ококка и стрептококк а , после в в едения в нее пол­
г р а м м а серебр а н а л итр дел а л а сь стер ильной ч е р ез полчаса.
В медицине эл ектролитические р а ство р ы сер е б р а употреб­
л я ются для лечения воспалений, язв ж ел удка и двенадцати­
перстной кишки.
ВОД А С ТОЧКИ З Р Е Н И Я Х И МИКА

Химики XVI I 1 столетия считали в оду элементо м . Откры­
тие водорода Кэвендише м в 1 766 году и опыты по сжиганию
г а з а дали Л авуазье повод усомниться в элементар н о сти во­
ды. В 1 783 году Кэвендиш о б н а р ужил, что «горюч и й в оздух»
( водород) , полученный действием к исл от на м еталлы, и одна
пятая обыкновенного воздуха (то есть кислород) п р и сгор а­
нии дают воду. Казалось б ы , все ясно, н о Кэвендиш а попу­
тал флогистон. В то время в химии господствов а л о учение
о флогистоне. Согл асно этому учению, все горючие вещества
содер ж а т в себе невесо м ы й , н евидимый, несл ышимый э ле­
м ент флогистон. П р и сгора н и и вещество в ыдел я ет фл огистон

151

и превращ ается в негорючий продукт : горючее = флогис­
тон + окал и н а . В осст ановление окисла м еталла горючим
угл ем так трактовалось фл огистик а м и : оки сел + флогис­
тон = метал л . З н а чит, флоги стон из угля пер ешел в металл ,
а потом у-де металл гор ит, а двуокись углерода - нет. По­
л уч и в водород , Кэвендиш решил, что в его руках и находит­
ся неул о в и м ы й ф л огистон. А потому он и объявил , что вода
есть не что и ное, ка к «жизненный воздух» ( к и сл ород) , при­
соединивший к себе фл огисто н .
Между т е м во Ф р анции А. Л а в у азье р а з р абатыв ал а н т и ­
флогистическую химию. Для н е г о было ясно, что флогистона
нет, но сложное ли тело вода , Л а вуазье еще не мог сказать
точно. Когда до него дошли вести об опыте Кэвендиша, Л а ­
вуазье торжественно повторил и х п р и свидетел ях. Получив
воду сжиг а н и е м водорода, он подвер г ее всевозможной про­
верке. Убедившись, что перед ним действ и тельно ч иста я , дис ·
тиллиро в а н н а я вода, Л а вуазье з а ч ислил е е , в течение многих
веков считавшуюся п ростым тел о м , в р аз р яд сложных ве­
ществ. В ода состоит из «горючего воздух а » и «жизненного
воздух а » , из водорода и кислорода - это в п е р в ы е о б н а родо­
вал Л авуазье. В 1 785 году он определ ил состав воды : по его
данны м , она содержа л а 85 процентов 02 и 15 п роцентов Н2.
П о соврем е нным данным, в воде 88,8 1 процента 02 и
1 1 , 1 9 п р оцента Н 2 •
ПЕРВЫЕ ШАГИ ВОДОРО ДА

Ученый м и р б ьш вз вол нован, усл ы ш а в о получении Кэ­
венди шем газ а , котор ый был во м ного раз легче обы кновен­
ного воздуха . В 1 78 1 году итальянский п р оф ессор Т. Кавал­
л о н а п олнял водородом м ыльные пузы р и : о ни взмывали
вверх и л о п а лись, соприкасаясь с потолком .
В 1 783 году в П а р иже под р уководством профессор а
Ш ар л я был з а п ущен первый воздушный ш а р , на полненный
водородом - самым легким изо всех газов. Дл я этого потре­
бовалось 18 кубических метров газа - количество огромное
по тем в р е м е н а м . Ш арль р а сположил по кругу 12 больших
бочек, н а сы п а л в н и х опилок и н а л ил р а збавленной серной
кислоты. В бочки были вдел аны свинцов ые трубы, по кото­
рым водород поступал в общий п р ие мник. Из пр ием н ика газ
ш ел в воздушный ш а р .
152

В скоре воздушные ш а р ы ста л и наполнять только водоро­
дом. С ер н а я кислота в те в р е м е н а б ы л а довольно дор о г а ,
и д л я получения водор ода пользовались железо-паров ы м
методом Л а в уазье. О н п р опускал ч е р ез р ужейный ствол , р а с­
каленный докр асна, водяной п а р . В ода р азлагал ась, в ыде­
лялся газообр азный водород. Кисл ород же, соединившис ь
с железом, давал окалину.
В 1 794 году п р и север ной а р м и и ф р а н цузов, боровшейся
с австрийскими интервентами, был организован кор п ус воен­
ных а эростатов. В битве при Флерюсе ф р а нцузы запусти л и
аэростат с в о е н н ы м инжене р о м , сообщавшИ "vI о передвиже­
нии войск неприятеля .
В ХХ в еке водород в аэростатах был зам енен гел и ем ,
затем и о н и са м и были вытеснены самолета м и . Но аэроста­
ты сыг р а л и с в ою роль в тревожные дни 1 94 1 года . Он и
поды м ал ись ночью н а д Москвой и другим и крупными горо­
дами. В р ажеские л етчики в ы нужде ны были сбр асывать бом­
бы с бол ьшой высоты, без п р и цел а , чтобы не напороться н а
тросы, привяза нные к аэроста т а м .
ВОДОРО Д В ПРОМЫ ШЛ Е ННОСТИ

Долгое время водород получали в основном для наполне­
ния аэростатов. В плоть до начала нашего века он не п р и ­
м е н я л с я в химической п р о м ы шленности. Можно сказать, что
в XIX веке не было промышленного производства этого газа.
В больших кол ичествах водород п о н адобился для синтеза
а м м и а к а . Потребовались м и ллионы кубометров водорода.
Ведь для того чтобы получить 2 кубомет р а а м м и а к а , необхо­
д и м кубометр азота и три водород а :

N2+зн2 � 2NH3.
В 1 924 году у а м м и а к а появился сил ь н ы й конкурент по
потреблению водорода . Это метиловый спирт - метанол ценное сырье химической про мышленности. Б ы л в н едрен
в п р оизводство каталитический синтез спирта из окиси угле­
рода и водо р ода :
С ей ч ас основным источ н ико м водорода служат в одяной
и коксовые газы , содержащие до 50-60 процентов водорода.
153

®®
-+

Нем алое кол ичество в одорода идет н а получение жидко­
го моторного топл и в а и з угля . Уголь н асыщают водородом,
в технике этот п р оцесс н а зыв ается гидр ир о в а н и е м . О н идет
п р и большом давлении, вы сокой темпер атуре и в п р исутствии
железного или н икелевого катализ атор а .
Большое з н а ч е н и е и м еет также гидр и р о в а н и е жиров. Жи­
ры быв ают животн ы м и и р а стительными. С л и вочное м асло
в ы р а б атывают из коровьего молока - это животный жир ;
подсолнечное - из семя н подсол нечника - это жир р а сти­
тельный. Р а стительных жиров в мире п р о изводят почти
в пять р аз больше, чем животных, котор ы е более п и татель­
н ы и вкусны . Животные ж иры содержат большее количе­
ство в одор ода , чем р а стител ьные. «Нельзя ли добавить его
в ж и р ы р а стител ьные, чтобы повысить их к а л о р и йность? » та к и м вопросом з адались химики. Оказал ось, можно. Для
этого н адо через жидкое р а стительное м асло ( п одсол нечное,
хлопковое, соевое, кунжутное) , н агр етое до 300 ° С , п ропус­
ти ть в одород. Причем на тонну м а сл а необходимо 15 кило­
гр а м м ов
порошкоо б р а зного ни келя - катали затор а . По
окон ч а н и и р еакции н икел ь отделяют от м а сл а фильтрова­
нием ч е р ез ф ильтрп ресс. Получ а ется твердый жир, и з кото­
рого с небол ь ш и м и доб а вкам и животного ж и р а готовят м ар­
г а р ин - п родукт, по калорийности мало уступ а ющий сливоч­
ному м а сл у. Гидр ирова нием р а стительных м а с ел получа ю т
твердые ж и р ы, п р и годн ы е для мыловарения.
1 54

СОЕДИ Н Е Н И Е

ИЛ И

РА СТВОР !

С оединения водорода с элементами н а з ы в а ются гид р и ­
д: а м и , а соединения водор ода со щелочны ми и щело ч но­
земель н ы м и м еталл а м и - солео б р а з н ы м и гидрид а м и ; о н и
сходны п о строению с галоидн ы м и солям и . Эти гидр иды
очень а ктив н ы : энергично р е а гируя с водой, они выд еляют
водород.

Интересны и по строению и свойствам л етучие гидри­
ды, особенно бороводороды ( ба р а н ы ) и кремневодор оды
( с и л а ны ) .
По х и м и ч еским свойств а м бар аны сходны с углеводоро­
д а м и . Б а р а н ы - отличное р а кетное топл иво: 1 килогр а м м
пента бор а н а п р и сгор ании в ыдел я ет больше тепл а , чем 1 ки­
логр а м м бензина ( 1 5 1 00 ккал/моль) .
Тр етья обширная группа гид р идов тяжел ых металлов
р езко отл ича ется от первых двух. Н а п р и м ер , палл адий в этой
группе способен п р и комнатной темпер атур е п оглотить
850 объемов в одорода. П р и этом м еталл ел е з а м етно р аз ­
бухает. К.онечно, здесь н ел ь зя говор ить об обр азовании
какого-либо определ енного соединения. Жел езо р а створ яет
в одород в гор аздо меньшей степени, но при вы сокой темпе­
р а туре оно поглощает довольно большое кол ичество этого
г аза. П р и в н едр ении в производство синтез а а м м иака инже­
нер а м доставил а м ного непр иятностей «водородн а я болезнь
желе з а » . При в ы сокой темп е р а туре водород р а створялся
в стал и , сущес'!'в енно снижая ее прочность.
ГОЛОС КОСМОСА

З е м н а я кор а содержит 1 п роцент в одорода по в есу. Поч­
т и весь он н аходится в свя з а нном состоянии - в в оде и
в органических соеди нениях: нефти, угл е, р а стениях и т. д.
В атмосфере - всего лишь пять стотысячных пр оцента
в одорода.
К.огда-то атмосф ер а З ем л и была восстановител ьной и со­
держала водорода в о м ного раз больше. Появившийся в ре­
зультате фотосинтеза р а стени й кислород связал значитель1 55

ную ч а сть водорода. С другой стор оны, водород постоянно
покидает зем ную атмосферу. В едь это н а илегчайщий газ, его
молекулы н а иболее подвижны. Он значительно быстр ее дру­
гих газов распростр а н яется в п р остр анстве.
С редняя скорость движения м ол екул в одор ода при ком­
на тной температуре достигает 2 километров в секунду. Н о
в газе в сегда есть молекул ы , обл адающие гора здо большей
скоростью. Есть и движущиеся со скоростью 1 1 ,3 километра
в секунду, достаточной для преодоления зем ного пр итяже­
ния. Поэтому верхние, р а зр еженные сл о и атмосферы по­
стоя нно теряют водород. О н улетает в космос. В космосе
водород явл яется преоб.JJ адающим элементо м . По современ­
н ы м подсче т а м , ч а сть вселенной, доступной на блюдению при­
бор а м и , н а 81 п р о цент состоит из водород а , 1 8,7 п р оцента из
гелия и тол ько 1 процент приходится н а долю остальных
1 00 эл ементов таблицы Менделеева.
Р адиоизлучение водор ода - р адио изл уче н и е вселенной.
Нейтр альные атомы газ а , сталкиваясь м ежду собой в м еж­
звездном п ростр а н стве, излучают
р адиовол н ы
дли ною
в 21 с а н ти м етр . Это р адиоизлучение повсе м е стно во все­
л енной, оно не поглощается космической пылью и дохо­
дит до с а м ы х отдаленных угол ков Г а л а ктики. Оно позво­
ляет узн а ть х а р а ктер р ас пределения водорода в Г а л а кти ке,
изучить движение межзвездного г а з а .
Р адиол иния 2 1 с а нтим етр основ ная и гл авная х а р актери­
стика р адиоизлучения вселенной ;
о н а открыта дл я изучения всем
р азумным существ а м . Н адо ду­
м ать, что н а ш а п л а н ета не яв­
ляется исключением в б есконеч­
ной вселенной. Если мы п р едпо­
л а г аем н алич и е м ы слящих су­
ществ во в селенной, то и они
по аналогии должны п р едпол а­
гать н а ш е существование. С а ­
м ы й б ыстрый способ связи, из­
вестный нам, - это эл ектром аг­
нитные р адиоволны. Н а и более ра­
зумная длина вол н ы , данная нам
природой , - 2 1 сантиметр.
1 56

С е йчас учеными р а з р аботана а п п а р а тур а для космиче­
скоl1 р адиосвязи н а вол не 2 1 сантиметр. Уже начаты иссл е­
дов ания двух б лизких к н ашей с истеме з в езд, похожих на
Сол нце, - тау Кита и э п силон Эридана. До них 1 1 световых
л ет пут и " . И кто з н а ет, может быть, к Земле н а радиоволне
21 сантиметр л етит сигнал , посл а нный жител я м и далеких
миров тысячи л ет на зад?
В ОДОРОД -ДВА, ВОДО РОД -Т РИ . ..

В 1 932 году из п р и р одного водорода в ыдел и л и тяжелый
изотоп - дейтер и й . Его ядр о состоит из п ротона и нейтрона.
О каз алось, что в п р иродном водороде на 5 500 атомов протия
( так был н а з в а н л егкий в одород 1Н) приходится один а том
дейтерия
D . Дейтер и й в два раза тяжелее проти я и до­
вольно сильно отл ич а е'ГСЯ от него. Н ап р и м е р , протий стано­
в ится жидки м п р и -259,2° С , а дейте р и й - при -254,6° С .
Э т о р азличие в константах служит основой для в ыделения
дейтери я : п е р егонкой ж идкоr о водорода получают остаток,
содержащий до 50 п роцентов дейтерия. Электрол и зо м воды
также можно получить тяжел ы й изото п : более л егкий п ротий
быстрее выделяется на катоде , в остатке концентрируется
дейтерий.
В 1 939 году получе н и скусственно другой изотоп в одоро­
да - тр итий, в тр и р аз а более тяжелый, чем п р от ий .
В скоре тритий б ы л обнаружен в п р и р одной воде и атм ос­
фере , п р а вда в ничтожных кол иче ствах. Это самый редкий
газ на Земле; в воде его в 1 018 р аз м еньше протия.
Атмосфе р а З ем л и и ее поверхность содержит в сего 1 ,8 ки­
логр а м м а трития - меньше, ч е м р адон а.
В 1 962 году итальянским учен ы м удалось получить очень
неустойчивый изотоп - водород-четыре; совсем недавно по­
явилось сообщение о си нтезе водорода-пять.
-

ЭЛЕМЕНТ ОГНЯ

Почти 90 п р оцентов в оды - это кислород, газ, с кото р ы м
непосредственно связано существова ние всего живого на п л а ­
нете, в с я история ци вил изации, р аз витие н а уки и промыш­
л енности.
1 57

Борьба человечества н а р а нних стадиях р азвития з а су­
щество в а н и е - борьба з а огонь. Огонь - это горение, го­
рение - потребление кислорода.
В 1 774 году английский химик П р и стл и , н агревая ок ись
ртути, обнаруж и л в ыдел ение неизвестного г а з а , в которо м
ярко з агор ал ась тлеющая луч инка. В т о м же году б ы./J а
опублико в а н а р а бота ш в едского аптекаря К . Ш ееле: в ней
было о п исано получение того же самого газа из сел итры,
окиси ртути и сурика. И тот и другой п р идер ж и в а л и сь тео­
рии фл огисто н а : они н а з в а л и открытый газ «дефлогистиро­
в а н ны м » , иначе - л и ш е нным флогисто на. П о их мнению,
откр ытый ими газ ж адно отбирал флогистон у горящих тел ;
оттого-то в н е м о н и и горел и интенсивнее, ч е м в воздухе.
К.огда об откр ытии П р и стл и узн а л Л авуазье, он понял,
что горение е сть п р и соединение кислорода к горящему телу,
а вовсе не выдел е н и е тел ом флогистона. Л авуазье в корот­
кий ср о к создал антифлогистическую, кислородную теорию
химии. Ш еел е и П р и стл и описали кисл о р од; Л а вуазье дей­
ствител ьно открыл его для науки.
Уже П р и стл и з а м етил , что кислород необходим дл я ды­
ха ния. Л а вуазье глубоко изучил п р оцесс дыхания человека
и пришел к выводу, что ж изнь есть м едл енное ... горение.
Сп и р т горит ярким п л а м ен е м , о б р азуя угле кисл ы й газ,
воду и тепло.
Ч еловеческий организм, поглощая кисл ород, в ыделяет то
же с а м ое.
В от состав воздуха вдыхаемого:
2 1 % 02, 0,03 % СО2, 78,97 % N2 ,
а в о т выдыхаемого :
1 6 % 02, 5,03 % СО2, 78,97 % N2.
П р о н икая в организм, кислород соединя ется в конеч­
ном счете с в еществом тканей, обр а зуя угл екисл ы й газ, во­
ду и тепло, необходимое для существования с а мого орга­
низма.
Человеческий организм п р и способился к существующему
а тмосферному давлению, а также к содер ж а н ию кисл орода
в воздухе. П р и общем давлении в 760 м и л л и метров кисло­
род воздуха давит н а поверхность Земли и , в ча стности, на
жив ы е орга н и з м ы с силой около 1 60 м иллиметров р тутного
стол ба.
158

Н а вершине Эльбруса п р о центный состав воздуха тот ж е
са м ы й , что и у п одножия гор ы, но давление почти в два раз а
меньше норм ального, - н а долю кислорода п риходится всег о
лишь 80 м иллиметр ов.
Альпинист, поднявшийся н а в е р ш и н у гор ы , р езко чувст ­
в ует уменьшение давления : кровь н е успев ает на сыщать с я.
кислор одо м . П р и в осхождении н а Эверест альпинисты имел и
п р и себе кислородные п р и б о р ы , кото р ы е подают к ислор од
в организм под нормальным давлением. Летчики широко
пользуются этим п р и б о р о м .
В прочем, кор енные жител и вы сокогорных обл астей спо­
койно переносят р а зреженность атмосфер ы : их организм при­
спосо бил ся к усл овиям среды. Т а к, ж ител и Перуанских Анд
м о г ут л егко п ереносить грузы более 50 килогр а м м ов на высо­
те около 5 тысяч м етров. И х сердце с большей силой гонит
кровь в л егкие, грудная клетка мощней, кровь снабжается
кислородом интенсивнее, чем у ж ител е й дол ины.
И ног да и в нормальных усл овиях необходим а усиленная
порция кислорода : особенно при сердечных и л егочных з а бо­
леваниях. В едь один гл оток кисл о р ода р а внозначен пяти
глотк а м воздуха, и в тяжелых случ аях это сберегает силы
больного.
ОТКУ ДА & Е Р ЕТСЯ КИСЛОРОД

Состав атмосферы - точно такой же , каким он был 1 75 лет
н а з ад, когда К.эвендиш и ссл едовал воздух р азличных м ест­
ностей Англи и . А ведь к аждый год м иллионы л юдей и ж и­
в отных поглощают кисл ород, сжигают м иллионы тонн угля,
не фти, дер ев а , связывая тот же с а м ый кисл ород, а он не
убыв а ет. Почему?
Таким же вопросом з ад а л ся П р и стл и в 1 772 году. В при­
роде в с е цел есообр азно, р а ссуждал он. Е сл и воздух «портит­
ся» дыханием человека и ж ивотных, а т а кже гор ением, кто­
то его должен « и сп р а влять» . О н посадил п од колокол мышь,
и , когда та з адохнул ась, он п о м е с'ГИЛ в тот ж е с а м ы й колокол
в еточку мяты. И что же? Ч ер ез н екоторое в р е м я другая
м ышь м огл а снова дышать под колокол ом. Р а стение «испра­
в и ло» воздух.
Т а к впервы е было о б наружен о явление фотосинт еза.
В основе ф отосинтеза л ежит р е а кция, в р езультате кото159

рой вода и угл екислота под действием света и кр асящего
веществ а зеленого л и ста - хлорофилл а - п р е в р а щается
в к р а х м а л и кислород.
Крахмал сл ужит р а стению пищей,
к и слород оно в ы б р а сы в а ет за ненадо б н остью. Долгое вр е мя
считал и , что кислород получается из угл екислого г а з а . Но
доказ ать э т о положение и л и опровергнуть его ученые не мог­
л и, пока в их руках не оказался « м еченый» кислород 180.
С е г о по м ощью было обнаружено, что в е сь кислород, выде­
ляемый р а стен и я м и , о б яз а н своим п р оисхождением в оде.
Вся зеленая м а сса наземных водных р а стений выделяет
в течение каждых 3 тысяч лет столько кисл орода , сколько
его содержится в земной атмосфере.
а &ЫСТРОЕ ГОРЕНИЕ»

Дых а н и е - м едл енное горение. Есл и его ускорить, зам е­
нить обыкновенный воздух чистым кислородо м, то живой
орга н и з м довольно быстро «сгорит», попросту погиб нет.
Но в технике « б ы строе гор ение» очень в а ж н о . Увеличение
скорости технол огического процесса увел и ч ив ает выход про­
дукции при том же самом оборудо в а н и и, з а то же самое вре­
м я . В озьмем, к п р и м еру, металлургический з а вод, выпускаю­
щ и й ежегодно миллион тонн стал и. В г од такому за воду
1 60

нужно свыше 3 миллиа рдов кубометров кислород а . О б ы ч но
это количество берется из воздуха в месте с 1 2 милл и а р дами
к у бометров азота, котор ы й з а б и р а ет колоссальное кол и "! е ст­
в о тепл а ( м еталлургический п р оцесс в едется при 1 ООО 0 С ) ,
а затем выбр а сы в а ется за водски м и труб а м и «дл я подогр е в а
атмосф еры » .
В последнее в р е м я а з о т воздуха ч а стично или полностью
з а м еняют кислородом, отчего в оз р а стает скорость метал­
лургического процесса, резко с н и ж а ется р а сход топлива ,
упрощается оборудов ание, в стали уменьша ется коли чество
р а створ енного азота, а к а ч ество ее повыша ется весьма з а ­
м етно.
Кислород не только помогает в ы п.т1 авлять сталь и цветн ы е
метал л ы ; с его помощью можно р ез ать и спл авлять сам ые
тугоп л а вкие м еталл ы.
Кислород очень активен х и м ически ; после фтор а он са­
мый а ктивный эл емент. Многие веществ а, сго р а я в атмосфе­
ре чи стого кислорода, выдел яют большое кол ичество тепла.
Так, водород и ацетилен, сгорая 5 кислороде, дают темпера ­
туру в ЗООО0С . На стройках ч а сто можно видеть, как ра бо­
чий р а з р ез а ет синев ато-желтым пл а м енем г орелки м еталли­
ческие трубы. Ацетил е ново-кисл ородной горелкой можно и
спл авл ять метал л ы : для этого нужно уменьшить подачу кис­
л о р ода в горел ку. О б р азующееся пламя назыв аю т св ароч­
ны м . Н а п р а вленное на стык д в у х кусков м етал л а , оно о п л а в­
л яет их поверхности. П р и остыв а н и и куски соединяются
в одно цел ое. Чтобы р аз р ез а ть кусок м еталла , его н адо р а с­
калить сначала св арочным пл а менем ; затем подается н а
р аскаленное м есто струя чи стого кислорода. В н е й м еталл
сго р а ет и улетучив а ется.
КИ СЛОРОД ВЗРЫВАЕТ СКАЛЫ

Если бы уда в алось сжигать уголь в очень короткое вре­
мя, взрывать его, то м ы полу1шли бы сильнейшее взрывчатое
в ещество. Можно ли увеличить скорость сгор а ния угля в о
многие тысячи р аз? Мож но .. н о дл я этого нужно соответ­
ствующее кол ичество кислорода ; что б ы сжечь 1 килогра м м
у гля , необходи мо около 2 т ы с я ч л и т ров кислород а.
.

16 1

Нельзя ли сконцентриров ать кислород? Можно, но для
этого его надо прев р а тить в жидкость. 800 л итров газообр аз·
ного к и слорода дает l литр жидкого. П р о п итаем жидким
кислородом п о р и стое горючее в ещество, сажу, древесный
угол ь , угол ьную пыль, и з м ел ьченный торф - п олучим т а к
н а з ы в а е м ы е оксиликвиты, взрывч атые в еществ а . Их в з р ы ·
в а ю т п р и п о м о щ и детонирующего шнур а , который поджиг ает
к а п сюль-детон атор , в л оженный в оксиликвит. Е сл и оксилик­
вит н е взор в а л ся п о каким-л и б о п р и ч и н а м , то его не надо
ликвидир о в а т ь ; ч е р ез н екоторое время из п атрона улетучи·
в а ется весь кислород.
Оксиликвиты н е перевозят, их готовят на м есте : для это­
го нужен тол ько ж идкий кисл ород, а сухой тор ф , мох, камыш
и сол ом а н а йдутся в сегд а. Срок «жизни » оксиликвита колеб­
л ется от четверти ч а с а до ч а с а с небольшим , в з ависимости
от вел и ч и н ы п атронов.
Оксиликвиты дешев ы : взрывные р а боты с и х помощью
обходятся в два р а з а дешевле, чем с а м м оналом.

ЗАПАХ СВЕЖЕ СТИ

В ы, н аверное, з а мечали, что в сосновом бору особый осве­
ж а ющий з а п а х, к а к п осле хорошей грозы. И тот же самый
з а п а х , только гор аздо более сильный, чувствуется во в р а­
ч е бном к а б и нете, где м ерно гудят кварцевые л а м п ы.

1 62

Это з а п а х озона. Этот газ, его н а з в а н и е о б разов а но о т
греческого « п ахну», - м одиф икация кислорода : в его м оле·
кул е три атома кислорода, о н в п олтор а р а з а тяжел ее м оле·
кул я р ного кислорода.
В хвое деревьев в сегда есть ски пидар и др угие смолистые
в еществ а , которые, окисляясь, дают озон. Эл ектр и ч е ские р аз­
р яды во время грозы п р ев р а щают кислород в оздуха в озон.
Озон в р ачебного к а бинета о б р а зуется з а счет жестrшго
ультр афиолетового излучения, и спускаемого п а р а м и ртути
в кварцевой л ампе.
Атмосфер а содержит очень небольшое количество озона.
О н н аходится в основном в ее верхних сл оях. У сл о в но счи­
тают, что весь озон атмосфе р ы о б р азует слой в 3 м и л л и м ет­
р а на высоте 25-30 кил о м етр о в от п оверхности З е м л и . Этоr
тонкий слой озона - «озоносф е р а » - з ащищает З емлю о т
жестких ультр аф и олетовых лучей, п о сыл а е м ы х Сол нцем
в м есте с видимым свето м.
Е сли б ы о з о н а не б ы л о , жизнь н а З е м л е б ы л а бы уни'l­
тожена в короткий срок. В едь отсутствие озоносф е р ы р а вно­
сил ьно беспрерывному облучению п о в ерхности З е м л и м ощ•
н ы м и кварцевыми л а м п а м и .
Озоносф ер а обяз а н а своему п р о и схождению жестким
ультр а фиолетовым луч а м , способным р а з бить м олекул у
кислорода на атом ы : 02
О + О ; О + 02
Оз. Менее
мощные ультр а ф и олетовые лучи р азрушают молекулу озона,
поэтому на о п р еделенной высоте устанавлив ается р ав но­
в есная концентр ация озона. В технике озон получают дейст­
вием тихого эл ектрического р аз р яда на кислор од в озона­
торах.
Озон уничтожает микробов ; его добавляют в воду в м е сто
хл о р а , им белят ТI<ани, старят вин о, п р идают п р иятны й з апах
табак у.
=

=

ttО КИ СЛЕННАЯ ВОДА»

Перекись водорода б ы л а п р и з н а н а з а и ндивидуальное ве­
Тенар назвал ее
«оки сленной в одой».
Н2 02 - вязкая ж идкость без цвета и з а п аха, в п олтор а
р а за тяжелее в оды. О н а неустойчива и р азлагается под дей­
ствием многих м еталл ов, р а зл и ч ных ферментов и р а диощество в 1 8 1 8 году. Ф р а нцузский х и м ик

i63

активного излучения. Р азложен и е перекиси водорода под
действием катализатор а еще н е изучено до конца. Это
неустойчивое соедин ен и е можно н а йти в дождевой воде, и
в снеге, в соках м н огих р а стений, и в т а б аке, и даже в че·л о­
веческой слюне. В идимо, е щ е неизвес11на большая ч а сть ве­
ществ, з а м едл я ющих ее р азложение. К н и м относятся серо­
углерод, стр ихн и н , фосф орн а я кислота и фосф ат натрия.
Р а сп адаясь, п ер екись в ыделя ет активный атом а рн ы й кис­
л ород, поэтому она - сильный окислитель.
В о время второй мировой войны в Гер м а н и и н а аэродро­
м ы приходил и п оезда с алю м иниевыми цистер н а м и . Жид­
кость в цистер н а х н а з ы в а лась по - р азному: ингол и н , тимол,
к о м п онент l , н ейтр а л и н , оксили н . В о в сех цистернах было
одн о : 90-процентная п е р е кись водорода. Она служила окис­
л и т елем в р а кетах, котор ы м и н емцы обстреливали Лондон
осенью 1 944 год а .
Сейчас х и м и к а м пер екись водорода служит катализато­
ром в си нтез е п л а стмасс; строители с ее п о мощью готовят
пористый бето н ; в р ачи в идят в ней отл и ч ное дез и н ф и цирую ­
щее ср едство.
К И СЛОРОДЬ l- &Л И ЗНЕ Ц ЬI

В 1 927 году было о б н а ружено,
что п р и родный кислород
17
состоит и з трех изотопов 160 , 0 , 1 8 0 .
Н а 3 тысячи
молекул п р и р одного кислор ода п р иходится
17
1 м ол екул а 0 и 6 мол екул 1 8 0 . Они очень близки п о свой­
ств а м , их м ол екулярные веса нен а м н ого р азнятся друг от
друга . Если изотопы водорода отл и ч аются довольно сильно
по своим свой ств а м , их можно р а зделять перегонкой ж идко·
го газ а и электр олизом воды , то изотоп ы кислорода - труд­
но. И х р азделяют диффузией газов.
Р азличие в свойствах изотопов кислорода в ы р а ж а ется
в том, что их р а с п р еделение м ежду р аз н ы м и химическими
соединениями м ожет м еняться с изменением температур ы .
Э т о свойство кислорода и спол ьзует п а л еокл и м а тология
180

-

наука о кл и м ате далекого прошлого. Отношение i6Q в мине р а л е з а в и сит от темпер атуры внешней среды во в р емя
обр азования м и н е р а л а . Это отношение сохр а н я ется в тече164

н и е миллионов лет неизменным. И если известно время за­
рождения минерал а , то выч исл ить темпер атуру, при 1<0торой
он образовался, л егко.

ВОДА - КЛАДОВАЯ ЭН Е Р Г ИИ

Тяжел ая вода - D20 ( окись дейте р и я ) - была откр ыта
в обыкновенной в 1 932 году.
Тяжелой воды в п р и р оде довольно много. Она тяжелее
обычной и кипит при 1 0 1 ,4° С . Этим п ользуются для ее в ыде­
ления : дробной пер егонкой обогащают тяжел ой в одой обыч­
ную. Под дей ствием эл ектр ического тока она р аз ла г ается
в четыре-шесть р а з м едл еннее, чем Н2О , сл едов ательно, в ос­
татке н ер азложившейся воды содержание тяжелой возр ас­
тает. Для получения тонны тяжело й воды н адо р азложить
40 тысяч то н н п р и родной и потр атить столько электроэнергии,
сколько хв атило бы дл я п р о изводств а 3 тысяч тонн алю­
миния.
Тяжел ая вода широко п р и м еняется в атомной энергетике:
она отл ично з а м едл яет нейтроны - в пять раз лучше, ч ем
гр аф ит.
В 1 9>!0 году в о Ф р анции под руководством Жол ио-Кюри
готовился к з а пуску первый атомный котел . Уже было п р и­
готовлено 1 80 литров тяжелой воды - почти в есь мировой
зап ас. Но вскоре н а ч а лась в ой н а , немецкие войска в ступил и
в П а р иж. Жол ио-Кюри б ыл в ы з в а н в гестапо. « Где спрята­
н а тяжел а я вода?» - был з ад а н в о прос ученому. А в это
время от ф р ан цузского берега к английскому шел п а р оход,
на борту которого был а тяжел а я вода.
Немцам н е удалось з а получить ее, так необходи м ую дл я
запус r<а ур анового р е актор а .
Кр о м е того, тяжел ая вода является п р о м ышл енным и сточ­
Н И I< О М дейтерия.
Тяжел ая вода оказыва ет услугу н е только атомной энер­
гетике, она позвол и л а р азр ешить н ескол ько в ажных биоло­
гических проблем. С е е п о м ощью было установлено, что в ч е ­
л овеческом организме среднее время пребывани я молекул ы
воды составляет 1 4 суток, а у золотой р ыбки - всего л и ш ь
4 часа.

1 65

Мыш а м давали жир, содерж ащи й дейтер и й . Оказ ал ось,
что его з а п а с у животных постоянно м еняется : п ищевой жир
откл ады ва ется в з а п а с , а р асходуется уже отл оженный.
В п р и р оде некото р ы е р а стения нерав нодуш н ы к тяжелой
воде : они не пускают ее в свой организ м . Так, шведские уче­
ные о б н а р уж и л и , что вода, в которой з а м ачивался я ч м ень,
соде ржит п о в ы шенное количество D20. Ячмень не в п итывает
м ол екул ы тяжел ой в оды. Е сл и по н ескольку р аз з а м ачивать
его в одной и той же в оде, то содержание дейтерия возрас­
тает в семь-десять р аз .
И м ею т л и п р а ктическое з н а ч ение р а стения - концентр а­
торы тяжел ой воды? И м еют, вернее - будут и м еть, в едь в о ­
ды н а З ем л е о ч е н ь и о ч е н ь много, а в ней содержится 4 0 бил­
л и а рдов тонн дейтерия. Если, используя управляемую термо­
ядерную р е акцию, извл ечь в сю энергию, то ее можно полу­
ч ить гор аздо больше, чем от в сех р азведа н н ы х п р и р одных
за л ежей нефти, угля , тор ф а.

1

оди н
И З С А М ЫХ

ДР Е ВН И Х

« . . . Вдруг р аздались р а скаты гро м а , и от горного п л а мени
пок атил ись вниз черные серные п а р ы . В се р азбежались.
Плиний поднялся и, опир аясь на двух р а бов, дум а л тоже
уйти ; но смертонос ный пар окружил его со всех сто ро н , его
колени подогнулись, он сно в а у п а л и з адохнулся».
Так погиб в ел ич а йший ученый древност и Плиний Ста р ­
ш ий. Это случилось в 79 году н . э . , во вр е м я катастрофичес­
кого извержения В езувия. Пепел з асыпал дв а цветущих и
богатых города - Геркул анум и П о м пею. Ядовитый сер н и с­
тый газ з адушил многие сотни людей.
Сернистый газ - едв а ли не п ервое соединен и е сер ы,
с которы м позн акомил ись люди. Долго� время зн а л и только
о б удуш ающих качествах S 02, и никто не подозр е в а л , что со
в р е м енем он станет очень в а жн ы м сырьем х и мической п ро­
мышленности. З н а л и лишь, что сернистый газ обр азуется при
гор ении серы - элемента, сыгр а вшего в истор ии х и м и и
о гр о м ную р оль, подо бно з а кону Архи меда в эволюции
физи ки.
Сера - одно из первых п ростых веществ , о которых з н ало
человечество ; « н а ч ало н ач а л » древнейших философов и ал­
химико в ; элемент, окутанный м истикой и т а йн а м и . . . Ни кто
еще не н аписал полной истории сер ы , и едв а ли это возмож­
но, и б о истоки сведений о ней теря ются в далеких тысячеле­
тиях и только отдельные стр а н и чки ее биог р а ф и и п редста­
ют п еред нашими глаз а м и .
М ы мысленно листаем э т и стр аницы ...
В древности .1юди н аделяли серу таинственным и , свер хъ­
естественными свойств а м и .
167

С течением в р е м ени познания человека о сере дел а лись
более о б ш и р н ы м и .
В осточн ы е страны с тысячелетн и м и культур а м и дали
всему цивилизов анному миру первые письменные сведения
о сере .
. . . Древний Китай. Стр аницы китайских рукописных книг
первые возвестили миру о п риготовлении пороха. В его сос­
тав в ходил а сер а .
. . . Древний Египет. Сохранившиеся п и р а м иды п овествуют
нам об использов ании серы для изготовления кр асок и кос­
метических с р едств еще во 1 1 тысячелетии до н . э .
. . . Древняя И ндия. Не там л и н адо искать и стоки первых
сведений о сере? В едь н едар о м и менно древний индийский
язык дал имя это му минер алу! Слово «сер а » , или же «си р а» ,
по-санскр итски о з н а ч а ет «желтый» .
. . . Древний Р и м . Это он был р одиной н а иболее богатых
серн ы х месторождений. Плиний Ст арший подробно описал их .
. . . Древняя Р усь. Многочисленные р еки север а и северо­
востока Руси, берега которых бы.тrи так богаты п и р итом п р и родн ым м и н е р а л о м сер ы . Куст а р н ы м , п р и м итивным спосо­
бом здесь добывали серу . . .
Окутанное м и стикой и тайнами средневековье, время
господства алхимии. П редставления о п ростейших тел ах
природы были еще очень тум а н н ы м и и допускали взаимо­
превр ащения р азличных тел друг в друга . В это время сер а
и гр а л а и сключительно в ажную роль в р аботах алхимиков.

1 68

По мнению алхи мика Гебе р а , сер а олицетворяла собой одно
из «основных н а ч а л » п р и р оды - гор ючесть и и з менчивость.
Предположен и е Гебе р а , что все металлы состоят из серы и
ртути, смешанных в р аз н ы х пропорциях, сдел алось кр ае­
угольным к а м н е м алхимического учения о металлах. Алхими­
ки р а ссчитыв али превр атить р азличные металлы в золото;
дл я этого, по мнению а.11хи миков, достаточно было лишь от­
нять от них серу.
СЕРА Нд ЗЕМЛЕ И В КО СМ О С Е

С ам о родн ая сера под землей, м ногочисленные соединен и я
сер ы с метал л а м и , н аконец, з алежи «кв асцевого камня» алу­
нита н а скл о н а х потухших вул канов - вот отдельные стр а­
ницы свое о б р азной геохимической л етописи этого интересней­
шего э лемента. Изучение этой летописи д ает н а м возмож­
н ость п редставить геологию серы, степень ее р а сп ростр а ­
ненности и все сложные п р оцессы превращения серы
в п р и р оде.
В земной коре содержится 0,04 про цента серы. Как р е ал ь­
но п р едставить себе т акое количество? Поп робуем решить
простую з адачу: сколько серной кислоты можно получить и з
всей встреч а ющейся н а З е м л е сер ы ? Р асчет дает огромную
цифру: 3 , 1 6 . 1 0 1 6 тон н , или 2 1 07 кубических километров сер­
ной кислоты . Такой м а ссой с е р н о й кислоты можно з а полнить
примерно 1 ООО в одое м о в , р а вных озеру Б а йкал .
Но с е р а уч аствовала в о б р азовании не только з е м ной
кор ы . Ее н а ходят в м етеоритах, и этот ф а кт позволяет п р ед­
пол агать, что сер а входит в состав ядр а Земли : м н огие уче­
н ые считают, что сердце н а шей п л анеты и метеориты соде р­
жат одни и те же элементы. Глубокие н едра Земли очень
богаты серой. Об этом свидетельствуют н е только в ыделения
серосодерж ащих газов при вулканических извержениях, но
и многочисленные сернорудные жилы. Они представляют со­
бой з астывшие р астворы сернистых м еталлов , вылившихся
в глубокой древности в р аспл авленном виде и з земных недр.
С ф е р а «деятельности» серы в ыходит з а пределы Земли,
р аспростр аняясь и н а космос.
Н аряду с други м и элементами сера я вляется одн и м и з
неза менимых кирпичиков м ирозда ния. Сульфид желез а и
·

1 69

алунит - известные н а м «земные» и в то же в р е м я « косми­
ческие» соединения сер ы .
В в иде сульфида железа, или, I{ак е г о иногда н азывают,
метеоритного желез а, сер а в ходит в состав других п ланет
солнечной системы.
Алунит представляет собой сложное соеди нение сер ы , со­
дер жаще е калий и алюминий. Н а блюдая Л уну через мощные
телескопы, можно увидеть сверкающие белоснежные ореолы,
котор ы е окружают кратеры лунных гор . Б ыть м ожет, это тот
же алунит, который всегд а встречается в кр атер а х потухши х
вулканов? Скоро ч е л о в е к п олучит ответ на этот вопрос.
Сера на Земле и на других планетах - это одн а из ил­
люстр а ций единств а происхождения вселенной.
Э КСКУРС В ДАЛЕКО Е ПРОШЛОЕ

В невообр а з и м о далекие в р е м ен а высокая температу р а и
недостаток кислорода и воды в атмосф е р е созд а в ал и предпо­
сылки для непосредственного соединения серы с металлами,
для образования сульфидов. И лишь с появлением жидкой
воды и свободного кислорода сульфиды н ачали окисляться.
Н а ступи л а пора «р ождения» сульф атов.
О б р азование самородной серы шло двумя путя м и : один
пз них - в з а и м одействие сероводо р ода и сер н и стого газа,
выделяющихся при извержениях вулканов. Два газ а , соеди­
ня ясь, давали в оду и серу. Но был и другой путь о б р а з ования
серы, в р езультате которого возникали м ощны е сер н ы е ме�то­
рождения под землей. Если р ас с м ат р и в ать геогр афию серы,
м ожно за м етить, что подобные месторождения падают н а юж­
н ы е р айон ы : С р едняя Азия, Кр ы м и Кавказ в С С С Р ; Сици ­
лия , Япония, где сера добывается н а особом Серном острове,
и, наконец, на юге С ША. Чем же объясняется такое «тя­
rотение» серы к южны м р айонам? По всей вероятности, это
не случ айность.
АкадемИI{ Ф е р с м ан считал, что для о б р азования с амород­
ной серы необходи м особый клим атический режим - сухой и
пустынный. Кроме того, в достаточном количестве должны
присутствов ать углеводороды, которые и восст анавливают
сул ь ф аты до сам ор одно й серы.
1 70

СЕРА КАК ЭЛЕМЕНТ

Ученые прошлого н е з р я приписывали сере р азличные
чудодейственные свойств а ; о н а о б л адает и нтересными хими­
ческими и ф и зическими особен ностями.
Х и м и я немногих элементов сто ль ж е «богата», как химия
сер ы . Сер а - о б р а зец кл ассического немет а л л а , и р а споло­
жение ее в периодической таблице таково, что и положитель­
н а я и отр ицательная в а лентность серы выступают с оди н а ­
ковым успехо м.
С е р а л егко п р и н и м ает на внешнюю оболочку два элект­
р он а . Она ст ановится отри цательно двухв алентной, и в та­
кой форме в ходит в м олекулу сероводор ода H 2S . Основные
положительные в алентности сер ы : 4+ и 6+ . Н а пример,
в двуокиси сер ы , или сернистом а нгидриде S 02 , сера поло ­
жительно четырехвалентн а , а в трехокиси, или сер ном а нгид­
шестив алентн а. Соеди н я ясь с в одой, эти окисл ы
р иде S Оз,
д а ют с-оотв етственно сер н и стую и серную кис лоты: Н2SОз и
H 2 S 04. Структурные их формулы имеют зн акомые каждому
школьнику н ачертани я :
-

Н - О ,4 +
S = O
н -о /
Сернистая
кислота

н -о,

н -о/

б +�

s

Сер н ап

о

� о

к и сл от а

Если в фор муле серной кислоты з а менить один из атомов
кислорода атомом сер ы , то получ ается весьма любопытное
соединение - тиосер н а я кислота, H2S203, или
2
- О , б+ -?- 5
/s �
-.;:: о
н-о

н

-

В н ей один атом серы положительно шести в а л ентен, дру­
гой - отрицател ьно двух валентен. Тиосер ная кислота - до­
вольно редкий пример неор г а н ического соединения" где два
ато м а одного и того же соединения и меют р азличн ы е в алент­
ности. В отличие от сер ной кислоты сер нистая и тиосер н а я
в свободном виде н е существуют.
171

Н аконец, для серы известна обш и р н а я серия т а к н а зывае­
мых п олитионовых кислот. Они о б р азуются п р и в заи модей­
ствии сернистого ангидрида и сероводорода в при сутствии
больш и х количеств воды. Общая их фор м у л а за писыв ается
в в иде H2Sx Ов. И ндекс х может приним ать з н ачение от 3 до 6.
По многоо б р а з и ю неорганических соединений сер а з а ни­
м ает одно из первых мест.
Сера очень охотно с оединяется почти со всеми элемент а м и
таблицы Менделее в а . Лишь ине р т н ые газы, б ла городные
металлы, а з о т и йод п р отивостоят ее « н атиску » . Очень мно­
гие металлы з а л егают в земной коре в виде соответствующих
сер нокисл ых и л и сернистых соединений. В с п о м н и м , r< слову
го воря, ми р абилит, гипс или м н огочисленные и р азнообраз­
ные колчеданы. l(аждому из в а с, н а верное, знаком простей­
ший школьный опыт : при р астир ании железных опилок с по­
рошком серы в ф а р фор овой ступке и л егком н агрев ании н а ­
ч и н ается бурн ая р еакция.
Д а же опытному химику не всегд а удается ср азу р азо­
бр аться в многоо б р азии и особенностях соединений серы.
Но с этим элементом связано и н е м ало любопытных ф а r<­
тов, котор ы е следует отнести уже к фи зически м свойств а м .
Р ас п л а в и м r<усок сер ы. Прежде всего м ы н а блюдаем з а ­
метное увел ичение объема. О н о сост авляет почти 15 процен­
тов. Б уде м н агревать даJrьше получившуюся желтую легко ­
подвижную жидкость. Пр и температуре около 200 гр адусов
1 72

он а становится вдруг темной и очен ь вязкой м ассой . Повы­
си м темпер атуру еще до 200 гр адусов - и снов а н а блюдаем
легкоподвижную жидкость.
К:ак объяснить т акие переходы свойств? В обычных усло­
виях м олекул а сер ы и меет вид своеобразного кольца, связы­
вающего восемь атомов элемент а. П р и нагревании кольца
постепенно р азрыв аются и о б р а зуются откр ытые восьмиатом­
ные цеп и ; б л а годаря этому повыш ается вязкость. Б олее высо­
кая темпер атур а приводит уже к тому, что н ач и н а ют дробить­
ся сами цеп и , и вязкость сно в а уменьш ается. В п а р а х серы
содержится цел ый н а бо р р азличных молекул
Ss, S6, S 2 .
Получить и ндивидуальные ато м ы серы оказывается весьм а
т р удн ы м дел о м; д л я этого нужн а очень высокая темпер атур а,
превосходящая полторы тысячи гр адусов.
Сер а и звестн а в виде нескольких аллотропических мо­
дификаций. Н а иболее устойч и в а так н аз ы в а емая р о м б ическа я
модификация , п р и норм альном давлении он а сохр а н яется до
теl\!пер атуры 95 гр адусов. Когд а температура становится
в ыше, ато м ы сер ы меняют свое р асположение в криста лл и­
ческой решетке, происходит перестройка, и о б р а з уется сер а
моноклиническая.
Ромб ическая сер а о бл адает ярко-желтой окр а ской. О н а
о б р азует прозр ачные крист а л л ы , п р едставляющие собой о к ­
т аэдр ы.
Иной в ид и м еет темно-желтая моноклиническая се р а . Это
длинные игольчатые кристаллы призм атической формы. Ин­
тересно н а б л юдать, как п р и постепенном понижении темпе р а ­
тур ы моноклиническая сер а в с е больше и больше светлеет,
а ее длинные п р и з мы р а сп адаются на м ножество мелких
кристаллов р о м б ической системы. В се сущ ествующие алло­
тропические модификации серы о б л адают одной о бщей тен­
денцией: превр ащаться в н аиболее устойчивую кристалли­
t;ескую форму - р омбическую, в виде которой сер а и встре­
ча ется в п р и роде.
-

КАК ДО БЫВАЮТ СЕРУ

Сера легко п л а в ится и горит н а воздухе: недаром в Си ци ­
лии и з - з а недостатка других видов топлива пользовались
серой. Добыч а серы к ак р аз и основ а н а н а ее л е гкопл авкост и .

1 73

В древности в ы п л а в к а серы б ы л а п р и митивной. Б ол ьшой
гл иняный горшок с отверсти я м и в дне з а п олняли породой,
содержащей серу. Этот горшок ставили на другой, вкопанный
в землю. Нехитрый « а п п ар ат» н агрев али, Сера п л а в и л ась и
стекf'\ л а из отверстий в нижний горшок.
Шли века, и способы выпл авки сер ы в се более совершенст­
вовались. В зависи мости от видов сер н ых месторождений,
а т а кже от п р и м есей, которые обычно сопутствуют сере, че­
ловек н а ходил самые р азличные спосо б ы ее добычи.
Италия д а л а миру опыт выплавки с а м о родной сер ы, ко­
тор ая леж а л а обычно на небольшой глубине. Н о то, что было
возможным на ка м ен истых, выжженных солнцем плоскогорь­
ях Сицилии, о к а з а лось неприемлемым для других стр ан.
В отличие от сицилийских месторождени й амери канская
сер а л ежит очень глубоко под землей. Добыв ать ее с по­
мощью ш ахт было невозможно из-за большой р ыхлости
почв.
Американский инженер Ф р аш п р едл ожил о р и гин альное
решение. Через систему вложен н ых друг в друга труб под
землю н агнетали перегретые п а р ы воды, котор ы е р а сплавля­
ли серу и выталкивали ее на поверхность. Т а к в п рошлом
веке на н ебольшо м полуострове Флорида з а б и л фонтан чи­
стой р а сп л авленной серы .
В отличие о т а м ер и к анских местор ождени й кар акумская
сер а содержит знач ительные примеси к в а р цевого песка ;
поэто му в с е и звестные способы б ы л и в данном случ ае не­
приемлемыми. Советский инженер В олков н ашел выход из
положения. Он соорудил п ростой а п п а р ат, чем-то н апоминаю­
щий обычный самовар. Этот сосуд з аполняли р азмельченной
р удой , которую смешивали с водой и н ач и н а л и кипятить.
Р аспл авленн ая сера соби р а лась внизу и в ы л и в а л ась из «С а ­
мов а р а » р о в н о й и чистой струей. В з ав одских условиях этот
способ был усовер шенствов ан. « С а м о в а р » 'з а менили гермети­
чески закрывающимся котлом- автокл авом.
Такими спосо б а м и получ ается почти сто п р о центно чистая
сер а с ничтожной п р и месью золы и совсем микр оскопически­
ми след а м и мышьяка и селен а. Но первичный продукт комовая сер а , «почти чистая» - еще нуждается в очистке.
Для этого используют метод перегонки. В особых камерах
серу р аспл авляют. Твердые ч а стицы опускаются на дно к а ­
меры, а жидк а я сер а поступает в особые чугунные ре'Fорты,
1 74

в кото р ы х доводится до кипен и я . В з а висимости от того, как
происходи л а конденс а ция серы из п аров, п олуч ается или т а к
н азыв аемый серный цвет, или черенко в ая сер а .
Т а к а я р афинированная сер а н аходит широкое п р и мене­
ние в жизни чел овека.
c10 Г H E H HЬIJit КАМ Е Н Ьн

. . . С трудо м добывали о гонь первобытные люди. П о к а р ­
т и н к а м в учебниках исто р и и м ы п р едст авляем себе з а кутан­
ного в ш куры человека, который высекает искры, ударяя
кремнем по ка мню.
С эти м к а мнем были хорошо зн а ко м ы и древние гр еки.
За яр ко-желтый цвет, а может б ыть, з а способность под уда­
р о м кремня испускать сноп искр они н аз ы вали его п иритом,
что означ ает огонь.
Коробка спичек изб авляет нас от необходи мости дум ать
о добыче огня. Н о древнейшие п и р итные огнива дожили и до
н а ш и х дней. У эскимосов полярной Америки до сих пор н ахо­
дит употребление « огненны й к а м ень ».
Тр удно п е реоценить роль п и р и т а в эволюции человеческой
жизни. В глубокой древности он п о м о г л юдям получить огонь.
Тем с а м ы м они поднялись на более в ысокую ступень куль­
турного р азвития. Н о так же т р удно п р едставить без этого
м и не р а л а и современное хозяйство. Серный колчед ан
(так еще
называют пи­
р ит) - основа сер нокислот­
ного производств а.
ф о р м ул а
Химическая
пирита FeS2• Это т а к н а ­
зываемый полисульфид же­
J1 ез а . Е го з ал еж и в земной
ко ре весь м а зн ачительны .
Отнимем
v
мол екулы
кол чеда н а
серного
оди н
атом сер ы . Я р кие «огнен­
п и р ит а
к р и сталлы
ные»
п р ев р атятся в черные хруп­
кие кристаллики сернистого
железа FeS.

1 75

Серни стое железо I< ак минерал не в стр еч ается ф а ктиче­
ски на З емле. Это « гость из космос а » ; сульфид железа со­
держ и тся в основном в м етеоритах. Сер нистое железо дол­
гое воемя п р едст авляло загадку в металлургии. Даже незна­
чительные е г о п р и м еси дел али с т а л ь л о мкой и непригодной
для дальнейшей о б р а б отки .
Секрет з н а м енитого русского и шведского железа
XV I I I века з аключ ался именно в том, ч то оно дел алось из
бессер н и стых р уд.
Другой в ажный сульфид - известн ая еще в глубо1юй
древности кино варь, сернистая ртуть. За ярко-кр асный цвет
индийцы н аз в а л и ее «др аконовой кровью». В древней Руси
кинов а р ь б ы л а одной из самых р аспр остр аненных минераль­
ных кр асок: переписчюш книг писали ею з а ст авки.
Сер а и ртуть л егко соеди н я ются между собой. Такое срод­
ство было подмечено е щ е очень давно, к а к , в прочем, и обрат­
ный процесс - получение ртути из кинов а р и . На основании
истор ических источников м о ж н о считать, что р е акция э т а бы­
л а и зв естн а еще Демокр иту. В о всяком случ ае, и по сей ден ь
природной киноварью пол ьзуются как исходн ы м сырьем для
получения ртути.
Близкий р одственн и к кино вар и - сернистый цинк. Немец­
кие р удокопы н а з в али его «цинковой о б м анкой» за то, что
он б ы в а ет п р о з р а ч н ы м и совсем не н ап о м и н а ет о б ычную сер­
нистую р уду.
Сульфид цинка обладает весьма и н терес н ы м и свойств а м и .
Е с л и е г о о б р а ботать особым способ о м , он н ач и н ает светить­
ся в темноте, фосфоресци р о в ать. Сульфид цинка непосредст­
в енн о светится под действием р ентгеновских или р ади о а ктив­
ных лучей. Эта особенность ZnS шир око п р и меня ется в рент­
геновской технике и при р а боте с р адиоакти н н ы м и элемен­
та м и .
Н а п р имер , с помощью небольшой п л а стинки, н а которую
был н а н есен тонкий слой сернистого цинка, впервые у далось
зрительно н а б л юдать альфа ( а ) - р а сп ад р адиоактивных ато­
мов. Ядр а гелия ( ал ьфа- частицы ) , уд аряясь о п л а стинку,
вызывали вспышки ( сцинти лляции) . На этом п р инципе ос­
нов а н о устройство специ ального прибор а для и з учения р а ­
диоактив ности - спинтарископа.
Цинковая о б м ан к а , свинцовый блеск P bS и медный колче1 76

дан Cu 2S явля ются основн ы м сырьем для получения соот­
ветствующих металлов цинка, свинца и меди.
Интересное лабораторное использование н а ходят сул ь фи­
ды редкоземельных э лементов. Эти соеди нения исключитель­
но трудно р аспл авить. Они являются с амыми тугопл авкими
среди всех и звестны х сульфидов. Н ап р и мер, в тигле и з суль­
фида церия могут быть р асплавлены такие «упорные» ве­
ществ а, как окись алюминия.
Одним из самых в ажных для п р о м ы шленности является
не встреч ающийся в п р и р оде сул ьфид н атрия N a2S . И м поль­
зуются в п роцесс ах изготовления сернистых к р асителей. Он
н а ходит п р и менение и в кожев енном прои зводстве.
Сульфид н атрия и м еет н а и большее техническое зн ачение
из всех искусственно получ а е м ы х сульфидов.
СЕРА - СТРОИТЕЛЬ , СКУЛЬПТОР, ВРАЧ

..•

Третьей формой существ о в а н и я серы в земной коре явл я ­
ются сульф аты.
В се они обл адают р азными хи м ическими и физи чески м и
свойств а м и . И только оди н общий п р и з н а к - хорошая р а ст­
воримость в воде почти всех сул ь ф атов, кроме сул ьфата
свинца P b S 04 и бария B a S 04, - дает возможность говорить
об общности их судьб ы в прошлом.
В далекие геологические эпохи с появлением сво бодного
кислорода н ач алось постепенное окисление сульфидов и
превр ащение их в сульф аты. С появлением жидкой воды
сульф аты р а створялись и уносились реками в огромные
океаны .
И л и ш ь пото м, в п р о цессе высыхания морей и океанов,
одна ч а сть сульфатов н а ч а л а к р и сталлизова ться в в иде гип­
с а , другая - в виде г.11 а у беровой соли N a2S 0 4 , а тр етья про­
дол ж а л а остав аться в р астворенном виде в мор ской воде. Эта
соль известна под н а з ванием сул ь ф а т а м агния.
Быть может, н а иболее многогр анна судь ба сульфата
к а льция C a S 0 4 2Н2О, или, как его обычно н а з ы в а ю т, гипса.
В з ависи мости от р азличных п р и месей, от у словий, п р и кото­
рых про исходило выпадание сул ь ф ата кальuия из водного
раствор а , образовывались р азличные виды гипса. Этот мине­
р ал обычно п р едставляется н а м в ф о р м е причудли в ых кри·

1 77

сталлических друз, н а помина­
ющих то
р озетку, то хвост
л а сточки. Он д а ет большое
многообр азие цветовых оттен­
ков - от п р оз р ачно- белого до
бурого, желтого и нежно-ро­
зового.
П р и рода щедро н аделил а
гипс с а м ы м и р азнообр азными
свойств а м и , кото рые у ж е из­
давна служ а т человеку.
Гипсом ш и р око пользуют­
ся в строительстве. Он идет
на изготовл ение многочи-слен­
ных а р хи тектурных деталей и гипсовых вяжущих м атери­
алов .
Сульф ат к а л ьция н а ходит п р и менение и в хирурги и : п ри
с а м ы х сложных костных перел о м а х с п о мощью гипсовых по­
вязок фикси руют кости в нужном положении. Для этого
пользуются жжен ым гипсом, потерявшим ч а сть своей кри­
сталлиза ционной в оды. Если т акой гипс снова смеш ать
с
в одо й , он б ы стро з атвердев ает, опять превращаясь
в C a S 04 . 2Н 2 О . На этом свойстве гипса и основ ано его п р и ­
менение в м едицине и строительстве.
Н екоторые р азновидности гипса, т акие, к а к алебастр и
ангидрит, получили ш и рокую известность в искусстве.
Б л едно-желтый теплых оттенков алеб астр о к азался пре­
кр а с н ы м м атер и а л о м для в аяния. Этот мягкий п розр ачный
м и н е р а л очень податлив в рук ах опытных р езчиков по кам­
н ю. Тосканские м а стер а еще в XV веке созд а в а л и ч удесные
в аз ы и светильники и з алеб астр а , используя его свойство
пропускать световые лучи.
И если Апеннинские гор ы дали и т альянским м астер а м
благодатный м атер и а л для создания прекр асных произведе­
ний и скусств а , то Ур альские гор ы подарили н ашей стр ане
одну из чудеснейших разновидностей алеб а стр а - нежно-ро­
зовый селенит. Это из н его герои сказок Б ажова создав али
прекр асные издел и я.
В ка честве м атери а л а скульпторы польз у ются и а нгидри­
том - особой р азновидностью гипса. Ангидрит б ы в ает голу­
бовато-сер ого , лунного оттенка. Он гор аздо тверже гипса, и
1 78

древние р и м ляне упот ребляли его даже
.kОЛОН Н .

для

изготовления

Природа дает щедрые месторождения гипса в о всех стра­
В СССР он р аспространен почти повсеместн о : легче
назвать о бл а сти, где гипс не встреч ается.
На юге н ашей стр а н ы , в l(аспийском море, есть з алив
К:а р а - Б огаз- Гол, что в переводе с тур кменского означ ает
«Черная п асть». К:онцент р а ция солей в этом заливе очень ве­
лика, н астолько велика, •IТо человек в нем утонуть не может.
После куп ания в таком « р а ссоле» необходимо о о м ыться
пресной в одой, в п р отивном случ ае на коже останется слой
соли, кото р а я может р азъедать мельч айшие ссадин ьr, им ею­
щиеся н а теле. Среди многих солей, н а ходящихся в р а ство­
ренном виде в в оде з а л и в а , главное место прин адлежит суль­
ф ату н атрия, или м и р а билиту.
Соль эта обл адает многими ценными качеств а м и . Неда­
ром по-латыни она так и н азывается « s a l e mirabllis», что озна•
чает «чудесн ая соль».
В н а ч але XVI I века в Гер м ании жил химик Иоганн Ру­
дольф Глаубер. Будучи тяжело болен, Гл аубер п о совету
з н акомых стал пить воду одного и сточника и вылечился. Уче­
ный:_ з аинтересовался составом воды . С этой целью Г лаубер
в ы парил ее в ч ашке и получил дл инные белые кристаллы
какой-то соли.
Подобные кристаллы были впоследствии получены им
действием серной кислоты на «кухонную » , то есть п о в а р ен ­
ную, соль.
В п а м ять о своем излечении Глаубер н а з в а л полученную
им соль «чудесной солью», или м и р а б илито м. Одн ако ч аще
всего эту соль называют гл ауберовой .. Химическая формула
глауберовой соли
N a 2 S 04 - I OH20.
Безводный суль ф а т натрия идет н а изготовление стекл а ,
Он служит источником д л я получения соды, сер ы , сул ь ф ата
ам мония, сернистого н атрия, сернокислого калия и других
веществ. Он н аходит п р и менение и в бумажной п р о м ышлен­
н ости.
Среди многочисленных солей морской воды видную р ол ь
игр ает сульфат м агния, и л и MgS 04. И менно он и придает ей
специфический горько-солены й вкус, з а что его н азывают
т акже «горькой солью». В медицине горькая соль употреб­
ляется в к ачестве сла бительного.

н а х.

-

1 79

КРУГОВОР ОТ СЕРЫ В П!РИРОДЕ

В се три состоя н и я п риродной серы - с а м о родн а я сер а,
сульфиды и сул ь ф аты - не являются ч е м-то обосо бJ1енным
друг от др уга. Они с в я з а н ы между собой целой цепью в з а и м ­
н ы х п р евр ащен и й . П роследи м , к а к и е и з м е н е н и я претерпев а­
л а п р и р одная сера в связи с р азлич н ы м и геологически ми и
клим атически ми условиями.
В н ач а л е существов ания Земли сер а непоср едственно со­
единял ась с металл а м и и о б р азовыв а л а сульфиды. С появле­
нием свободного кислорода сульфиды окислялись в сул ь ф а ­
т ы . С е р у вулканических г а з о в постигала т а ж е уч асть, что
сульфиды, - она о кислял а с ь в сер ную кислоту, а з атем
пер еходил а в сул ь ф а т ы . Т а ко в а основная тенденция сер ы в не­
живой п р и р оде - превращаться в соединения высшей в а ­
л ентности - сул ь ф аты. Они служат как б ы мостиком , соеди­
няющим серу неживой природы с серой, котор а я подвер гает­
ся из менению уже в биосфере.
И звестно, что все животные и р астительные организмы
содер ж а т серу. Р а стения получают ее из р астворимых суль ­
ф атов почвы, а животные - из р астений.
После смерти животные и р а стительные организмы р аз л а ­
гаются ; п р и э т о м в ыделяется сероводород. О н окисляется
особ ы м и сероб актер и я м и , для которых служит питательным
вещество м . Окислен н ый сероводор од прев р а щ ается в воду и
свободную сер у , кото рая, в свою очередь, окисляется в сер ­
ную кислоту, в ступ ающую в соединение с другими веществ а­
м и . В р езультате этого обр азуются сернокислые соли , кото­
рые снов а исполюуют р а стения и животные. Т ак з а мыкается
длинн ая цепь превр ащений серы в п р и р оде.
ОСНОВА

ОСНОВ

ХИМИЧЕСКОА

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

В Южной А м ер ике, в I(ордильер ах, есть небольшой вул­
кан Пур аче. От с амого кр атер а берет н ач а л о река Р и о-В и ­
н агре. В вод а х ее ученые о б наружили п р и р одную серную
кислоту. Река ежедневно в ы носит в море до 20 тонн серной
кислоты. I( аз алось б ы , такое количество кислоты, созданное
в л а бор атории п р и р оды, - немалая цифр а . На деле же это
и
в прямом
и в переносном смысле капля в море. Чтобы
! 80

в полной мере удовлетворить потреб ности ч еловека в серной
кислоте, необходи мы сотни тысяч и миллионы тонн . . .
Природная серная кислот а - это довольно о б ычное и не­
р едкое явление.
В С р едней Ази и, в песках, покр ы в а ющих сер н ы е бугры,
были открыты скопления серной r<ислоты.
Когда уч астники Кар аку мской экспедиции, вернувшись и.з
пустын и , ст али р азбир ать о б р а з цы серной руды , они пор ази­
лись следующему обстоятел ьству: б у м а г а , в которую был а
з авернута р уда, превр атил ась в жалкие лохмотья; даже де­
ревянные ящики и те оказались повр ежден ными.
Академ и к Ф ер с м а н п р иписал р азрушающее действие
серной кислоте, кото р а я иногда сопровождает м есторождения
колчеданов и с а м о родной серы. Это был а п р и родн ая сер н а я
кислота. П о мнению Ф е р с м а н а , в п р ироде существуют довол ь­
но зн ачительные скопления этого жидкого минер а л а . Осо­
бенно велики з апасы п р и родной серной кислоты в кар акум­
ских песках, что объясня ется особ ы м и кл и м атически ми и
геохи м ически ми усл овия м и . Бы ло подсч итано, что скоплени я
свободной серной кислоты в одном из крупнейших серн ых
бугро в К а р а кумов, бугре Д а р ваз , исчисляется оотнями мо­
н огидр ата - чистой б езводной с е рной кислоты.
Трудно переоценить зн ачение серной ки слоты в жизни
человека. Производство ее служит к р итерием химической мо­
щи к а ждой р азвитой стр а н ы . Ни один хи м ический пр одукr
не и меет столь р азнообр азного п р и менения , ка�< сер н а я кис­
лота. С ее п омощью получают многие другие кислот ы : фос­
ф орную, соляную, плавиковую, уксусную , а также р азнооб­
р азные технические сол и .
Почти половина в с е й в ы р а б атываемой с е р н о й кислоты
идет на изготовл ение сельскохозяйственных удобрений, гл ав­
ным обр азом суперфосфата.
Без нее невозможно произ в одить взрывч атые вещества.
В нефтяной п р о м ышленности ею пользуются для очистки
кероси н а , см азочных м асел и други х нефтепродуктов; в ма­
шиностроении о н а употребляется для травления металлов;
в металлургии - для получ е н и я меди, цинка, кобальта, ни­
келя и други х цветных металлов.
Текстильщики с помощью сернокислых солей алюми н и я
и б а р и я производят п р едв арительную обр аботку ткани перед
краш е н ием .
181

кислотой
по льСерной
зуются дл я изготовления пл а­
стических м асс и искусствен­
ного волокн а . О н а необходима
для многих п роцессов про­
о р г а нического
м ы шленного
синтез а .
Сер н а я кислота, вернее п редметы, изготовленные с ее
помощью, окр уж а ет н а с и в
повседневной жизни. Спички,
целлул оид, кр аски, мыло и да­
же бум аг а и чернил а , которы­
м и м ы п ишем, сдел а н ы не без
у ч а стия серной кислоты и ее
п роизводных.
Серная кислота явил а сь
одним из основных стимул ято­
ров технического п рогресса.
Е сл и даже не говорить о
тех отр аслях п р о м ышленности,
кото рые были в ыз в а н ы к жиз­
ни сер ной кислотой, то м ногие
существовавшие р аньше про­
изводства п р одолж али б ы но­
сить куста р н ы й , п р и м итивный
х а р а ктер . Люди так же арха­
ично, как и в средние века, из­
готовляли б ы бум агу, чернила. получали б ы м н огие цвет­
ные м еталлы, кр асили ткани . . .
М огл и л и п р едпол агать средневеков ые алхимики, которые
10 веков тому н а з ад впервые приготовил и серную кислоту
пр окалива нием «зеленого камня» - железного купорос а , что
откр ытое ими в ещество ста нет таким полез н ы м для челове­
честв а ?
1 0 веков т о м у н а з ад". В л абор атор и и к а кого мечт ател я ­
а л хим и к а р одилась сер н ая кислота ? Б ыть м ожет, честь ее
о тк рытия п р и н адлежит извеспюму персидскому ученому
Абубекер у - а л ь - Разу, как считают многие историки хи м ии.
Прокалив анием железн ого купороса ее получ али на про182

тяжении мн огих столетий. И лишь в XV веке возник новый
метод: сжиг ание смеси сер ы и селитр ы . Этот способ просу­
ществовал почти 300 л ет. Он в ыдержал испытание временем ,
но и мел и свои недостатки : так можно было получ ать очень
нез н а ч ительцые количеств а кислоты.
Жизнь шл а вперед, она стави л а перед людь м и новые
задачи . С ер н а я кислота долж н а был а выйти з а п р едел ы не­
больших л а бор атор и й и аптек. В се упир аJiось в оди н , каза­
лось б ы , нер азреш и м ый вопрос: в каких сосуд ах должна про­
изводиться сер н а я кислот а? Алхи м и ки и аптек а р и пользова­
лись стекл янной посудо й , котор ая, конечно, была непригод­
ной для широкого производств а . Все известные до тех пор
м еталлы тоже н е годились дл я этого, так как п одвергались
р а з рушению.
По пр оекту Р о б а к а в 1 74 1 году в Шотл андии был по­
строен первый з авод к а м ерного получения серной кислоты.
В 1 806 году фр анцузские х и мики Клем а н и Дезорм сде­
л али в ажное для сер нокислотного п р оизводств а открытие :
они доказали, ч т о в к а м ер н о м производстве серной кислоты
окислен и е сернистого газа п р о исходит за счет передачи ему
кислород а окисл а м и азота .
Т а к сел итр а был а з а менен а азотной кислотой . Это от­
крытие з аложило принци п и а л ь ные о с нов ы получения серной
кислоты способом, котор ый носит н а з в а н и е к а мерного.
Для п олучения серной кислоты нужен сернистый газ . О н
о бр азуется при обжиге сул ь ф идов, з атем сл едует окисление
его в серный а нгидр ид, соедиление серного ангидр ида с во­
дой, и ... серная кислота гото ва . К а з алось бы, к а к это п р осто !
Н а с а м о м деле получение серной кислоты - сложный тех­
нологический процесс, в котором связ а ны между собой мно­
гие химические п р е в р а щения. На п ротяжении всей истории
сер нокисл отного п р оизводств а химики н а п р яженно искали и
н аходили р азличные усовершенствования, котор ы е дел али
получение серной кислоты более п р остым и эконом ичны м.
Старый камерный способ получения серной кислоты с те­
чением в р емени был за менен более совре м енным б а шенным
способом . Но усовер шенств о в ания коснулись л и ш ь техноло­
гии - камеры последов ательно были з а м енены б а ш н я м и ; хи­
мическая же сторона п роцесса и в том и в другом сл уч а е
остал ась неизменной. О б а спос о б а м ожно о бъединить п од о б ­
щи м н азванием нитрозного спосо б а получения серной кислоты.
1 83

Нитр озн ы й способ з а кл ю ч а ется в окисл е н и и сернистого
газа до сер ной кислоты. Окислителем служит двуокись азота,
р астворенная в воде. Химическое ур авнение этого пр оцесс а
очень п р остое :
Образов а в ш а яся окись а з о т а ( N O ) не тер яется в ходе произ­
водства . К: ислород снов а окисляет ее до двуокиси, и возрож­
денн ая N0 2 м ожет б ыть использов а н а повторно. Этот факт
представляет большую эконом ическую ценность. Окислы
азота, п о существу, н е р а сходуются. Пер ед а в а я кислород
сер н и стому газу, двуокись азота ускоряет пр оцесс ее окис­
лен и я . Она в ы ступ а ет в роли своеоб р азного катализ атор а .
К: а к же в с е э т о происходит н а п р а ктике? В ыходящие из
колчеданных печей г а з ы содер ж ат сернистый ангидрид. Они
проходят через п р оду1щионные б а ш н и , где орош аются ни­
трозой . Н итроз а п р едст авляет собой сер ную кислоту, в кото ­
рой р а створен а нитрозилсер ная кислота ( N O H S 04) . К:роме
н итроз ы , в п р одукционные б а шни вводится т акже вод а . При
этом из нитрозилсерной кислоты получ а ются сер н а я и азо­
тист ая кислоты.
Азотистая кислота окисляет сернистую кислоту, обр азую­
щуюся из сернистого газа и воды, в серную кислоту .
Г а з ы , содер ж ащие окислы азота, поступ ают в аб сорбцион­
ные башни, ор р ш а е м ы е серной кисл отой. В этих б ашнях про­
исходит о б р а з о в а н и е нитрозилсе рной кислот ы . Окислы азота,
т а ким о б р а з о м , ул авливаются и не поп адаю т в атмосферу.
Б а шенным спосо б о м п олуч а ется не очень крепкая сер н ая
кислота . К:онцентр ация ее не превыш а ет 75 пр оцентов . Такая
к ислота идет о б ычно н а изготовление искусствен ных удобре­
ний. Для получения концентрированной серной кислоты поль ­
зуются так н аз ы в а е м ы м конт актным способом . О н з аклю­
ч а ется в окислении сернистого газа кислородом воздух а при
конта кте с катализ атором и последующем соеди нении полу ·
ченного серного ангидрида с водой.
В особых п е ч а х обжигают сернистые металлы ( к а к пр а ­
вило, железн ый кол ч едан, и л и п и р ит) . П р и о б жиге получ ает­
ся сернистый газ в смеси с воздухом . О н п одвергается тщ а ­
тельной очистке о т пыли и , что е щ е в ажнее, о т р азличных
п р и м есей, которые могут отр авлять катализато р : например,
от тр ехокиси мышьяка.
184

И лишь посJ1е этого подогр етая смесь газов идет в кон­
т а ктный а п п а р ат. Обр азовавшийся серный а нгидрид «ул ав­
л и в а ется» концентрированной серной кислотой, котор а я , на­
с ыщ аясь, превр ащается в м асл я нистую густую ж идкость олеум. Т а к н азыв ают р а створ серного а н гидрида в безвод­
ной серной кислоте.
В качестве катализ атор а сн·а ч ал а пользов ались пл ати ной .
П р и условии хорошей очистки га за платина сохр аняла свою
а ктивность почти 1 5 лет . И все-таки это было нерентабельно,
так как пл атин а очень дор о г а .
В последнее время стали использов ать в а н адиевый ан гид­
р ид. Он гор аздо дешевле и менее чувствителен к р азного
рода «отр авлениям».
Итак, сер н а я кислота получе н а . Это тяжел а я м а слянистая
жидкость. «Нордга узенское м а сл о » , - говорили немцы. И , н а­
конец, общее для всех в р емен и н а р одов н а з в а н и е концентри­
р о в а нной серной кислоты - олеум, что в пер еводе с л атин­
ского также означ ает м а сл о .
С е р н а я кислот а обл адает кр айне причудл и в ы м х а р а кте­
р о м . Трудно н а йти еще т а ко е ж е вещество, свойства которого
так р езко изменялись бы в з ав и симости от концентр а ции . По
отношению к металл ам концентр и р о в а н н а я и р аз б а в л е н н ая
серные кислоты ведут себя к а к совершенно р азличные соеди­
нения.
Р аз б авленная серная кислота р аство р я ет все м еталлы,
стоящие л евее водорода в р яду н апряжений, кроме свинца ;
п р и этом в ыделяется в одор од. Нер астворимость св и н ц а в р аз­
б авленной с е р н о й кислоте сыгр ал а р е ш ающую роль в произ­
в одстве серной кислоты камерным способо м. Концентр и р о ­
в а н н а я ж е сер н а я кислота способствует полному р астворе­
нию свинца, поэтом у п р и контактном способе, когда полу­
ч а ется сер н а я кислота больших концентр аций, свинец не
м ожет использов аться в технологическом процессе.
Концентриро в а н н а я сер н а я кислота при н агревании также
р аствор яет почти все м еталлы, но здесь она проявляет свою
окислительную способность, и в м есто водорода о б р а зуется
серн истый г а з . И тут снов а неожиданность . Оказыв ается,
концентрир о в а н н а я сер н ая кислота н е р астворяет железо.
Им енно на этом свойстве о снов а н а т ра н спорти ровка серной
кислоты в ж ел езных цистернах.
Серная кислота обладает б ольшим ср одством к в оде,

1 85

с которой соединяется с выделением з н ач ительного количе­
ств а теп ла .
Способностью серной кислоты поглощать водяные п ар ы
и объясняется употр ебление е е д л я осушени я г а з о в и пр иго­
товления безды м н ы х порохов.
К:онцентр и р о в а н н а я сер н а я кислота обл адает свойством
обуглив ать р азличные органические соединения, н а п р имер
углеводы.
И в этом случ а е с ер н а я кислота вновь в ы ступ ает как
некое двул икое существо .
Возьмем, н а п р и мер, кусок р а стительной клетч атки и по­
действуем на н е е серной кислотой р азной концентрации . От­
нимая у клетч атки воду, концентр и р о в а н н а я сер н а я кислота
способствует е е о бугливанию .
Теперь п опробуем к а п нуть н а клетч атку р азб авленной сер­
н о й 1шслото й. К:летч атка в этом случ а е не о бугл и в ается , а на­
ч и н а ет крошиться . Н а л и цо то ж е р азруш а ю щее действие
серной кислоты, но сущность процесс а у ж е иная, совершенно
п р отивоп оложн ая . Клетч атка на этот раз н е теряет в оду,
а пр исоединяет ее к себе, превращ аясь в чрезвычайно хруп­
кое вещество - гидр оцеллюлозу, - которое сразу ж е н ачи­
н ает крошить с я .
С е р н а я кислота относится к числу с и л ь н ы х и двуоснов­
:ных, то есть металлы могут з а мещать в ней оди н или дв а
ато м а водорода . Поэтому ей соответствуют дв а ряда солей :
суль ф а ты и б исул ь ф аты. Почти все соли с е р н о й кислоты р ас­
тво р и м ы в воде, кроме сульф атов бария и свинца. Все осталь­
ные соли б ария, кроме его сул ь ф ата, хорошо р а створимы
1 86

в в оде и кислотах. Поэтому, если после доб авления в р а створ
к акой-н ибудь соли б ар и я п оявляется бел ы й нер аствор и м ы й
осадо к , м о ж н о считать, ч т о т а м пр исутствует или с е р н а я кис­
лота, или к а к ая-нибудь ее соль. Таким обр азом, соли б а р и я
являются р е а ктивом на ион so�-.
К а ково же будущее сер ной кислоты? П отеряет ли она
когда-ни будь свое лидирующее п оложение в хим и ч еской
промышл енности?
В едь многие в ажнейшие м атер и а л ы прошлого и н а стоя­
щего н а ч и н ают понемногу сда в ать позиции : н а смену железу,
ст али, чугуну идут т акие металлы, как литий, м агни й , титан,
молибден; на смену м н огим х и м ическим р е агентам приходят
другие, более э ф ф ективные. Одн ако в р яд ли человечество
п р идум а ет такое универсальное в ещество, которое с м огло бы
з а м енить сер ную кислоту в о всех о б л астях ее п р и м е нения.
СЕРОВОДОРОД - В Р А Г И ДРУГ

Ш естьдесят л ет тому н а з ад на острове Мартиника в п яти
километр а х от вул к а н а Мон-Пеле существовал небольшой
го р одок Сен-Пьер. С ейч ас этого города нет н а карте: его
постигл а очень тр агич н а я судь б а .
" .Одн ажды из кр атер а вул к а н а усилилось в ыдел ение се­
р о в одорода . Жител и города скор о з а м етили это : их серебр я­
ные в ещи ст али чернеть. И в о т з а одну ночь все н аселение
города погибло в р езультате м о щного извержения Мон-Пеле;
в живых остался лишь один человек.
Появление из кр атер ов вулканов сероводорода, так ж е
как и серного г а з а , обычно является грозным п р едостер е­
жением н ачал а вул канического извержения .
В п р и р оде сероводород встреч а ется главным обр азом
в вулка нических м естностях, в ыделяясь иногда « п р я м о из-под
з емл и » . Н а остр ове Я в а со дна одной из дол ин, р ас положен­
н о й у подножия потухшего вул к а н а , в ыдел яется сероводо­
р од. О н несет гибель к аждо м у живому существу. Долин а,
вся усеянная скелет ами поги б ш их животных, получ и л а на­
звание «дол ины смерти».
Сероводород узн ают п о х а р а ктерному з апаху тухл ых я и ц.
Одн ако м а ло кому известно, н а сколько он ядовит . Он не
менее о п асен, чем п а р ы синильной кислоты. Даже небольшие
1 87

дозы сероводо рода с м ертельны : 0,2 процента его в воздухе
почти мгновенно убивают животных. В п р и р оде сероводород
о б р а з уется также п р и гниении белковых в еществ .
Сероводород стр а ш ен тем, что относится к ч ислу аккуму­
лятивных ядов. Вдыхание серов одорода пр итупляет обоня­
ние, человек теряет чувство о п асности и пр одолжа ет оста­
в аться в отр авленном воздухе, пока н е на ступ ает с м ерть.
В гемогл о б и н е крови содержится железо. С ер а ж е обл а ­
д а ет большим ср одством к м еталл а м . Сер оводород, попадая
в кровь человек а , р е а гирует с желез о м , обр азуя сул ь ф ид
желез а . Можно сдел ать следующий о п ы т : п р опускать серо­
водород через свежую кровь, и ее окр аска из кр асной пре­
в р а щ а ется в гря з но-зеленую . Л егко н а йти объяснение, п очем у
сер ебряные вещи ж ителей Сен-Пьера потемнели. Известно,
что сер е б р о - один из с а мых «стойких» м еталлов и н е окис­
ляется на воздухе даже при н агрев а н и и . Н о сродство серы
к металл ам так велико, что даже «стойкое» сер ебро подвер ­
га ется действ ию сероводорода , покр ываясь темной пленкой
сул ь ф ида .
Почему такой тускл ый и безжизненный колорит и м еют
н екото р ы е картины даже самых просл авленных живописцев
с р едневековья? Очевидно, кр аски утр атили п е р воначальну ю
яр кость и свежесть. Многие художники в к ач естве белой
кр аски употребляли свинцовые б ел ил а . П од действием серо­
водор од а , всегда находящегося в небольших кол ичеств ах в
воздухе, свинец п р ев р атился в черн о -бурый сул ь ф ид свинца.
Искусственно сероводород может б ыть п р и готовлен п р о ­
пускан и е м водорода чер ез р аспл а вленную с е р у . Ча ще же
всего его получают действием р азб авленных кислот н а сер­
н истые м еталлы. Сер оводород обл адает большой горючестью,
его с м есь с воздухом взрывает. О н гор ит кр а с и в ы м голубо­
ватым пл аменем с обр азованием сернистого г а з а и воды.
П р о м ежуточным пр одукто м при гор ении сероводорода м ожет
быть сер а .
Сероводород считается одн им из сильнейших восстанови­
тел е й . В природе он н е н акаплив а ется н адолго в больших
количеств ах, так к а к кислород в оздух а окисля ет его в сво­
бодную серу .
В морях п р и гниении многочисленных живых существ и
бактерий обр азуется сероводород. Н екоторые ученые счита ­
л и , ч т о , н а ходясь в окислительной з о н е м о р я , он п р евр а щает1 88

ся в р ез ультате окисл е н и я в свободную серу . Полученн а я
т а к и м обр азом сер а , по мнению этих ученых, в виде серног о
дождя п ада�т. н а п р и м ер, на дно т а кого «классического серо­
в одор одного б а ссейна» , как Ч ер ное м о р е . Так могли бы об­
р аз о в а ться очень м ощные м о р ские месторождени я с е р ы .
Н о , вероятно" все гор аздо сложнее. С ер а , п ол ученн ая в р е ­
зультате окисления сероводорода в соленой воде, н е тон ет,
а всплыв а ет, поп адая в окисл ительную зону, где и окисл я ет ­
ся до сул ь ф атов.
А к а к было бы з а м анчиво добыв ать серу со дн а м о р я !
С ЕРА И К АУЧУК

С е р а - это волшебная п алочка, ведь с помощью ее н а ­
тур альный каучук превр ащается в резину, кото р а я окружает
н а с в пов седневной жизни. С татистика говорит, что число
ра зличных издел ий из резины в н а стоящее в ре м я в кл ю ч ает
больше 35 тысяч н аименов аний.
Н атур альный каучук очень дорог, да и свойст в а е г о б ы ­
в а ют и ногда н е совсем подходящи м и : при u и з к и х темпер а ­
тур ах о н дел ается твердым и хрупки м , а при высоких л ипким и клейки м .
Д л я придания ка у чуку н о в ы х ф изико-химических свойств
его вулканизируют: н а гр е вают с серой при темпер атуре
око л о 1 40 ° С .

189

В ч е м же з а ключ ается хим ический смысл процесса вул­
канизации?
Каучук состоит из длинных нитевидных молекул с двой­
ным и связями. Атомы сер ы , присо единяясь к этим связям,
как бы сшив ают м ол екул ы к аучук а . За счет этого и возни­
ка ют новые свойств а вул канизирова НI!ОГО к аучук а : п р очность,
большая эл астичность и тер м ическая устойчивость.
П р и изготовлении о бычной резины в каучук в в одится при­
мерно 1-3 п р о цента серы. При таком соде р ж а н и и серы
в молекул ах каучука з аполняется только лишь ч а сть двой­
ных связей, что способствует о б р азов анию мягкой р езины.
Н о попробуем повысить содер ж а н и е серы п р и м ерно до
45 п р о центов. В этом случ а е ее атомы з а й м ут п очти все двой­
ные связи молекул ы кауч ука . Обр азуется э б онит - твердое
вещество черного цвета.
Эбонит о б л а дает высокими электроизоляционными свой­
ств а м и и п р и м еняется гл авным обр азом для изготовлени я
электротехнических изделий . Н а большой устойчивости эбо­
нита по отношению к 1шслот ам основ ано п р и м енение его при
изготовлении аккумуляторных б аков .
Н о сер а I!e только помогает п р е в р а тить н атур альный кау­
чук в р езину. С е е пом ощью можно получить синтетически й
неорга нический к аучук, обл адающий осо б ы м и ценными свой­
ств а м и . В технике это соединение известно п од н а з в а нием
ти ока учук а , или тиокол а .
Тиокаучук получ ается н а гр е в а нием р аствор а сернистого
натрия с серой и последующим в з а и м одействием получен­
ного полисуль ф ид а с дихлорэтаном и так н а з ы в а е м ы м и дис­
пер гирующими веществ а м и . В р езультате сложного техноло­
г ич еского пр о цесса получ ается плотная кор ичнев ая м ас с а .
Это и есть тиокол . П р а ктически он не р а ст в оряется н и в од­
ном из о б ычных р аствор ителей . Один лишь сероуглерод вы­
зывает незн ачительное н абуха н и е тиокол а .
Тиокауч у к обл адает к р а й н е неприятным з а п ах о м , п о с р ав­
нению с другим и видами синтетического к аучука он н едоста­
точно прочен , а п р и темпер атуре минус 40 гр адусов им пол­
ностью утр ачива ются эла стичные свойств а . Н о эти отр ица­
тельные к ачеств а тиокол а отходят на вто р о й план по ср авне­
нию с его п оложительны м и свойств а м и : он обладает
з н а чительной стойкостью к р а створителям , действию озона и
старению,
190

Когда в технике тр ебуется к аучукоподобный м атер и ал,
обл адающий такими свойств а м и, тиокол счит а ется поисти не
не за м е н и м ым . Из н его дел ают трубопроводы и ш л а нги для
бензин а , керосина и бензол а . С п о мощью тиокол а изготов­
ляют з ащитны е покрытия на а эростатной ткани, непр они­
ц аемой для водорода и гел и я . Тиокаучук н аходит п р и м енение
в а в и ационной, полигр а ф ической и хим ической промыш­
ленности.
ТИОСУЛ ЬФАТ НАТРИЯ И Е ГО РОЛЬ

Мы уже говорили, что, если в м олекуле серной кислоты
один атом кислорода з а менить серой, п олуч ается к р а й н е не­
устойчивое соединение, и звестное под на зв анием тиосерной
кислоты . В свободном состоянии оно м о м ентально р азл агает­
ся на сернистую кислоту и серу.
Со л и этой кислоты - тиосул ь ф аты - являются уже более
устойч ивыми соединениями . Из них н аи большее п р а ктическое
пр и м ен ение и м еет тиосул ьфат н ат р и я ; его химическ а я фор­
мул а Na2S20з.
П оскольку в ти:осул ь ф ате с одержится отри ц ательно двух­
в алентн а я сер а , он обл адает восстановительными свойств ами,
ч т о позволя ет использовать е г о для связывания таких а кти в 191

н ы х окислителей, как хлор . С этой целью тиосул ь ф атом
пользуются во в р е м я отбелки тrсаней дл я удаления избыточ­
ного хлор а .
Н о тиосул ь ф ат н атр ия известен не только к а к антихлор.
Кажды й, кто з а н и м ался фотогр а ф ир о в а н и е м, замечал, что
и ногда фотогр афии от действ и я света и л и при длительном
х р анении покр ы в а ются бур ы м и пятн а м и . В таких случ а я х
говорят, ч т о фотогр а ф и я «недоз акре п и л а с ь » , то есть подверг­
л ась н едост аточной обр аботке фиксирующ и м и м атер и а л а м и .
Эмульсия фотоп л а стинки или пленки после проявления
содержит н ер а з л ожившееся бромистое се р е б р о , дл я удаJ1 е н и я
1<0то рого п л а стинка погруж а ется в фикс а ж , то есть о б ы ч н о
в р а ство р тиосульфата ( в фотог р а ф и и е г о н а зывают гипо­
сульфитом ) . Р ол ь гипосульфита з а кл ю ч а ет ся в том, чтобы
п е р евести нер а створимые соеди нения сереб р а в р а створи м ы е
комплексные соединения . В р езультате ф и кси р о в а н и я изобр а ­
же н и е станов ится устойчивым к действ ию света и н е и з м е ­
няется п р и длител ьном хранении.
Тиосул ь ф ат н атр ия на ходит п р и менение и в меди ци не.
Он является п р от ивоядием п р и отр авлении мышь яком и ци а­
нидами. Н аружно е г о употр ебляют п р и лечении ч е сотки и пр и
тяжелых ожогах.
Тиосул ь ф а т н атрия обл адает способностью быстро р е а ­
гиров ать с йодо м . Э т а р е акция послуж и л а основ анием дл я
й одометр ии - одного из в ажней ших м етодов о бъемного а н а ­
л и з а , имеющего большое значение в а н а л итической химии.
Р е а кция в з а и м одействи я йода с тиосул ь ф а т о м з а п исывается
следующим о б р а з о м :
J2 + 2Na 2 S20з

=

2 N aJ + N a 2 S 405.

Когда п р оцесс з а к анчив ается , х а р а ктер н а я окр аска йода ис­
ч е з а ет . З н а я , сколько п отр ебовалось тиосул ь ф а т а , можно р а с­
считать количество содерж авшегося в р а створе йода .
ЧТО ОЖИДАЕТ СЕРУ В &УДУЩЕМ !

Н а первый взгл яд может показ аться , что сер а как эл е­
мент уже во многом исче р п а л а себя в с м ы сл е использо в а ни я
дл я п р а ктических нужд человечеств а . Но р азве мало извест­
но п р и меров, когда кажущаяся обыде1;1 ность на деле О J{ а з ы 1 92

в а ется о б м а нчивой, стоит лишь « п р ойтись» по периодичес1<ой
системе? Очень многие н ез а м етные р а нее элементы ста л и не­
з а ме н и м ы м и в жизни л юдей. С т а р ы е з а слуги серы трудн о
переоценить, но м ы с полной ответственностью можем с к а ­
з ать, ч т о о н а е щ е таит в себе н е м а л о нового, неизведанного.
Мы о б р а щ аемся к высокомолекул ярным соединениям и вспоминаем серосодерж а щи е пол и м еры , которы м еще
пр едстоит сказ ать в еское слово. Мы говор и м о тиокол е и неорга нические каучуки н а основе с е р ы привлекают н а ш е
в н и м а н и е , в едь пробле м а устойчив ости резиноподо бных м а ­
тер и алов становится в с е б о л е е острой в современной тех­
нике . Л ю м и н есцентные и теплочувствительные краски, л ю м и ­
нофоры для тонких н а учных исследов а ний ждут н о в ы х соеди­
нений сер ы .
Н адежным помощником ученых оказыв аются р адио актив­
ные изотопы серы и в первую очер едь сер а-35 . Этот изотоп
дает возможность изучать детальный механизм р а знообраз­
ных х имических п р о цессов, в котор ых участвует сер а , позво­
л яет п р иоткрыть з а весу н ад ее ролью в организ мах р а стен ий
и животных, помогает во м н огих сложных экспе р и м ентах.
Мечен а я сер а - один из с а м ы х пе рспективных р адиоизото­
пов.
В исто р и и почти каждого х и м и ч е ского элемента есть свои
з а м ечательные вехи, научные откр ытия, после котор ы х зна­
ч ен и е е г о воз р а стает неиз м е римо. Откр ы тие дел ения ур а н а ,
обн аружение ценнейших полупроводниковых свойств у гер­
м а ния, доказательство сверхпроводи мости и сверхтекучести
жидкого гел ия . . . Т акой пер ечень можно п р одолжить для
очень м ногих п р едст авителе й п е риодической системы . « Б ене­
фисом» серы явилось пром ышленное получение серной к и с­
лоты . Н о в р яд ли будет ф а нтазией п р едположить, что сере
е ще суждено пережить второе р ожден и е.

1

Р О ЖДА Ю ЩИ Е
соп и

Они очень а ктивны, эти элементы : соединяясь с боль­
шинством м ет аллов, они дают сол и . Поэтому их н а з в а л и
гал оген а м и , ч т о в переводе н а русский язык озна чает «соле­
р оды» .
Груп п а солер одов состоит из пяти элементов : фтор а , хло­
р а , йода, брома и астата . Последн и й , с а м ы й тяжелый гало­
ген - астат в п р и р оде ф а ктически н е в стреч ается; он был
получен в 1 940 году искусств енным путе м .
Г а л о гены р асположены в седьмой группе пер иодической
системы . Из вестно, что чем пр авее и в ы ш е н а ходится неме­
талл в периодической таблице, тем с большей энергией стре­
м ится он з аполнить свой в н ешний электронный слой до в ось­
ми электр онов. Не удивительно, что галогены очень р е а кци­
онно-способны; они сильные окисл ител и . Р а сположенные
в т а блице Менделеева п р авее в сех д ругих н е м еталлов , гало­
гены обр азуют своеобр азный акти в н ы й «полю-с» периодиче­
ской систе м ы .
С р еди галогенов строго соблюд а ется и друга я з а кономер­
ность : чем выше стоит элем ент в т а блице, тем он более
а ктивен.
Ф тор - это газ с очень р езким ядовитым з а п ахом. Он
с а м ы й сильный окислитель среди всех элем ентов . Молекул а
фтор а , как и всех г алогенов, состоит из двух атомов . Атомы
фтор а связ а н ы между собой очень сильно. Чтобы п р евр атить
фтор в жидкость , необходи м а темпер атур а - 1 87°С .
Хлор - тоже г а з с очень неприятным з а п ахом, но он ме­
нее а грессивен, чем фтор. В то время как фтор бесцветен,
цвет хлор а - зеленов ато-желтый. О тсюда и его назв ание:
« хлорос», п о - гречески «зеленый».
1 94

Сл едующий п р едстав итель
семейств а галогенов, бром, тяжел ая,
жидкость,
масл я н и стая,
к р а сно-бурого
цвет а . Пары брома ядовиты,
у н и х неприятный р езкий з а ­
п ах. Н азвани е « б ро м » в пере­
воде

щий из его соеди н ений.

галоген вытесняет последую -

К А К ИХ ОТКРЫЛИ

..•

Активность газообразных га логенов п р и чинял а м ного не­
п р и ятностей исследов ател я м , пытавшимся выдел ить их. Осо­
бенно это относится к фтору . . .
Существ о в а н и е неизвестного элемента в п л а виковом ш п а ­
те п одозрев али е щ е химики XVI I I в е к а , но в ыделить н е
с м огл и .
История откр ытия фтор а тр агичн а : ценою здор овья и ж и з ­
н и з а п латили з а с в о ю любозн ательность п е р в ы е исследо в а­
тели .
Английский химик Дэви в 1 8 1 0 году п ытался получить
фтор электр олизом п л а в иковой кислоты, н о э т а п оп ытка при­
в ел а лишь к р азрушению п л а тиновых и серебряных приб оров
и сильному отр авлению ученого , что, по-видимому, и было
п ричиной его пр еждевр еменной смерти. З атем зловещий не­
в идимка убил одного из бр атьев Кнокс, членов И р л а ндской
академии. В борьбе с ним погиб б ельгийский профессор
Луйэ, тяжело постр адали ф р а н цузы Гей-Люссак и Тен а р . Не
откр ытый е щ е элемент был неимоверно активен . . . И все же
в 1 88 6 году ф р а нцуз Муасс ан получил фтор электролизом
р асплавленного бифторида к а л и я KF HF в платиновом а п ­
п а р ате. Полученный им г а з о о б р а з н ы й ф т о р б ы л о ч е н ь дор ог:
он «съедал» платиновые электроды . На гр а м м полученного
газа р а сходов алось 5-7 г р а м м о в др агоценного м е т а л л а .
·

1 95

В н а стоящее в р е м я фтор получают тем же са м ы м спо­
со бо м , кото р ы м его в свое время получал Муассан. Только
в м есто пл атины используют никель, гр а ф ит или уголь.
В пе р в ы е получил х л ор шведский химик К. Шееле дейст­
вием соляной кислоты ( тогда она н а з ы в а л а сь муриевой ) на
п и р олюзит, м и н е р а л сост а в а Mn02 х Н 20 . Это произошло
в 1 774 году.
Шееле считал хлор «дефлогистированной муриевой кисло­
той». то есть соляной кислотой, потер явшей свой флогистон.
Е сл и учесть, что многие химики того в р ем е н и п р и н и м а л и за
флогистон водород, то можно сказ ать, что Шееле был неда­
лек от истины. П о Л авуазье выходило, что флогистон это кислород с о б р атн ы м з н аком . Т а к хлор оказался «окис­
ленной муриевой кислотой», окислом гипотетического элемен­
та мурия, а н е элементо м . Признать хлор элементом - зна­
чило призн ат� ч т о солян ая ( муриев а я ) кислота состоит из
водорода и хл о р а , что в к о р н е п р отиворечило кислородной
теории кислот Л а в уазье.
В 1 8 1 О году Дэви пытался р а зложить х л о р всеми доступ­
н ы м и с р едств а м и, но это ему не удалось, и он з а явил, что
хлор следует считать элементом . Никому и после Дэви р аз­
ложить х ло р н е удалось, но автор итет Л авуазье был т ак
велик, что в иднейший хими1< X I X века Б е р целиус считал его
окисло м мур и я до 1 82 1 года. Даже в 1 870 году н а ходились
со м н е ваю щиеся в элементарной природе хлор а , хотя к этому
в р е м ени в химию вошла периодическая систем а Менделее­
в а, в которой хлор занял
свое м есто ...
У известного немецког о
Либих а
х им ика Ю стуса
б ы л а отлично оборудован­
ная л а б о р а то р ия в Гиссе­
не, в кото рую приезжали
р а б отать м олодые химики
со всей Европы. Либих был
в ыдающимся
химиком и
педагогом . В процессе обу­
он иллюстр ировал
чения
свою мысль о в р еде п р ед­
взятого подхода к объясне­
нию
новых
ф а ктов или
·

1 96

свой ств веществ а . Учецый подводил своих учеников к особо­
из
н е го п у з ы р е к с темно-бурой жидкостью и гов о р и л , ч т о
он, Юстус Л и бих, был п е р в ы м хи миком, дер ж а в ш и м в ру­
ках бром . Этот пузырек с темно-бурой жид1<остью прислали
с одного из солев а р енных за водов. Л и б и х п р едв зято по­
дошел к объяснению свойств стр а н ного веществ а , з а р а нее
при няв его за соединение хлор а с йодо м . А вещество было
н е чем и н ы м , как новым галогеном - бромом.
Т аким о бр азом, ч есть откр ытия б р о м а дост алась не Ли­
биху, а ф р анцузскому хи м и ку Б ал я р у, кото р ы й , и ссл едуя
в 1 825 году маточ н ы й р а створ, получившийся п р и кристалли­
з а ции соли из соляных источников Монпелье, извлек бурое
в ещество и тщательно изучил его".
А р м и и Н аполеон а требовался порох в огромном коли­
ч естве. Дл я порох а нуж на б ы л а селитр а , но селитр а не чи­
лийская, н атриев ая, кото р а я б ыстро «промокал а» от вл а ги
в оздуха, а 1< алиев ая . Чилийскую селитру стали о б р а б атывать
золой м ор ских р а стений , последняя содержала много калия.
Ф ар м а цевт Куртуа построил селитр яный з авод, где в мед­
ных котл ах кипятился р а створ чилийской сел и т р ы с золой.
Было з а м ечено, что котлы разъедал и с ь .н еизвестной солью.
Куртуа в м аточном р аств о р е о б н а р ужил сол и ; обр а ботав их
серной кислотой, он п олуч и л ф иолетовые п а р ы . Это было но­
вое вещество, н аз в анное Гей-Люссаком йодом ; в п ер еводе
с греческого - «фи олетов ый » .
й о д был открыт в 1 8 1 1 году.
Существует и другая полуанекдотическая версия об от­
крытии йода . Куртуа обычно о б едал на з аводе . К а к-то н а
плече у него сидел а кош к а . П р ы гнув, он а р аз б и л а склянку
с серной кислотой, последн яя п о п а л а на остатки солей, выде­
лились фиол етовые пары йода.

м у шкафу, н азванному им «ШI<афом ошибок» , вынимал

rдлоr Е Н Ы BOKPYr НА С

Галогены широко р ас простр анены в п р и р оде : и х м ожно
о б н а р ужить в м инер алах, в мор ской и речной воде, в буро­
вых водах, в воздухе, в р астениях и живых о р г а н и з м а х .
Ф тор и х л о р б о л е е р аспростр анены, ч е м бром и й о д ; и х
содержание в з е м н о й коре п р и м е р н о оди н а ково: для фтор а
оно р а вно 2,7 . I 0 -2 п р оцентов по в есу".
1 97

Фtор -- элемент к а м н я , если говор ить о к а мне в широ­
ком смысле. Это вовсе не з н ачит, что его нет в морской или
речной воде, н о в с е же основное количество фто р а р ассе­
яно в гор ных п о р одах, из которых его и добыв ают.
Фтор о м очень богат минер ал флюорит, или п лавиковый
ш п а т C a F2, з а л ег ающий обычно сплошны м и м ассами. Его
называют еще « р удным цветком», н астолько он ярок и м но ­
гокр асочен : он переливает всеми цвет а м и р адуги - от неж­
но-фи олетового до с а л атного. Бывают флюор иты пятнистые,
встре ч аются очень п р озрачные. Под действ ием р ентгеновых
лучей з ел е н а я окр аска флюорита меняется н а р озовую.
В Таджик и ст а н е в стречается «оптический» флюорит. Он
очень п р оз р ачен и чист и пропускает ультр а ф иолетовые и
и н ф р а к р а с н ы е лучи . Фтор содержится также в светло-зеленом
минер а л е а п атите, гр о м адные з алежи которого у нас имеют­
ся в Хибинских горах на Кольском полуострове.
Ап атит сам п о себе - минерал фосфор а ; из н е г о готовят­
ся цен н е й ш и е фосфорные удобрения, но в нем есть и фтор .
О чень р едкий м и н ер а л криолит N a зAIFб более чем на полови­
ну состоит и з фтор а . Б елоснежные гл ы б ы криолита встреч а ­
ются в Гренл андии ; он целиком идет н а получение алю­
миния.
Х л о р в земной коре р аспределяется �н есколько и н а ч е , ч е м
фтор . Мощные источники е г о - з алежи к а м енных и калий­
ных солей - встреч аются во многих м еста х земного ш а р а .
Но океаны, м о р я и озер а содержат очень много хлор а ;
в морской воде элемент этот преобл адает н ад всеми осталь­
ными, не с ч ит а я , конечно, водорода и кислорода, из котор ых
она состоит. Е сл и извлечь всю повар енную соль из океанов
и морей, можно п окрыть в есь земной шар корочкой из этой
соли . Толщи н а корочки - 40 м етров . Н а помним, что кило­
гр а м м п о в а р енной соли содержит 600 гра м м о в хлора .
П е р в и ч н ы й океан р ожда лся п р есным, но б есчисленные ре­
ки несли е м у хлор в в иде р аствор имых в в оде соле й . Со
временем почти весь х л ор оказался в океане, з а н и м авшем
в далекие геологические эпохи гор аздо большую ч асть п л а ­
неты, ч е м сейч ас.
Двести миллионов л ет н а з ад огромные п р остр анств а от
бер егов Л едовитого оке ана до Каспийского моря были дном
др евнего Перм ского мор я . Н еспокойно было тогда н а З е м ­
ле : грохота л и тысячи вулканов, б ы л о и ночью светло от н е 198

пр е р ы в ных ярких м олний. П остепенно менялся кл им ат З е м ­
л и , ее поверхность. Море отступ ало, оставляя мощные пл ас­
т ы соли, з аливы и л а гуны, кото р ы е о б р а щались со вр еменем
в сол яные озер а ...
На юге СССР множество со л я н ы х озер ;
особенно крупные из них - Б аскунч ак и Эльтон. З ап а с ы со­
л и в них п р а ктически неогр аниченны. За 1 50 лет из Эльт она
извлечено свыше 10 миллионов тон н , но убыль е е нез а м етна.
ВСТРЕЧАЮЩИ Е СЯ ВЕЗДЕ

Тяжелые галогены и их соединения л етучи . Особенно это
:< а р а ктерно для йода. Они очень р ассея н ы ; можно сказ ать
даже, что йод и бром встречаются в езде и нигде. Нигде
в том смысле, что н а земном ш а р е н ет их крупных м есто ·
р ождений, сколь-ни будь с р а в н и м ы х с з ал еж а м и солей хлора
или фтор а .
Общее содержание б р о м а в земной коре р а в н о 0,00 1 п р оцен­
та, йода - в десять р а з меньше. В то же время их можно на йти
в п р одуктах очистки чилийской сел итры, сильвинита, буро­
вых нефтяных водах,
мор ской воде, водор ос­
лях и губках. йод
п р и сутствует
всегда
в воздухе : есл и из­
влечь его из воздуха
з а л а средней величи­
ны, то м ы получим ко­
Jl ИЧество йода, в еся­
щее столько же, сколь­
ко три м а ковых зер­
нышка. В л итр е мор­
ской воды содержится
свыше 60 миллигр а м ­
м о в б р о м а и около
миллигр а м м а йода.
С р а внительно
мало е
соде ржание йода объ­
ясняется тем, что его
соли окисляются кис­
лор одом воздуха с об1 99

разеванием гл а в н ым обр азом э л е м е н т а р н о г о й од а , кото р ы й
легко улетуч ивается. С другой стороны , йод мор ской воды
концентр и р уют в одо росл и , губки и моллю ски . Некото ры е
виды губок содержат до 8,5 п роцента йода в р а счете н а су­
хое вещество. Из м о рских водорослей и губок налажено
п р о м ы шл енное п роизводство йода .
Бром также содержится в губках, моллюсках и кор алл а х ,
но в н а стоя щее в р е м я е г о оттуда не добывают. В древност и
пур пур - др а г оценный кр а ситель, пр едставл я ющий ор гани ­
ческое соединение брома, - извлекался из моллюсков .
В на стоящее в р е м я пром ышленным источником брома
служ ат нефтяные буровые воды и р а ссолы соляных озер ,
где его содер ж а н и е достигает 3 гр а м мов в литре.
fАЛОf Е Н Ы В ЖИВЫ Х ОРf А НИЭМ А Х

Ф т ор необ ходим живым сущест вам для н о р м альной жиз­
неде ятельност и ; высушенные м ышцы содержат до 8 милли­
граммов его на 1 00 гр а м мов веществ а . Особенно м ного фто­
ра в перьях, волосах, рогах и копытах животных - до
1 80 м ил лигр а м мов на 1 00 гр а м м о в сухого веществ а ; его
всегда можно н а йти в зубной э м а л и ж ивотных и челове ка.
В организм фтор поп адает с водо й : р еч н а я и морская во­
да содержит обычно около 1 м иллигр а м м а фтор а в л итре.
Питьевая вода должна содержать в литре 1 - 1 ,5 милли­
гр а м м а фтор а . И з б ыток фтор а р азрушает зуб ы : они ст а н о ­
вятся ч ер ны м и и л е гко выпадают -- э т о флюороз зубов .
П р и недостатке фтор а в питьевой воде сопротивление
эмали действию кислот уменьш ается : н ач и н а ется кар иес р а зрушение зубов . Особенно ч а сто к а р ие с п о р а жает детей.
Б о рются с этой болезнью доб а влением соединений фтор а
в питьевую воду. В ГДР в Карл-Маркс-шт адте сооружена
са м а я больш ая в Европе установка для фтор и з а ци и воды.
П ова ренн ая соль необ ходи м а л юбому живому орга н и з м у.
В год человек съед ает от 5 до 1 0 к илогр а м м о в соли . Соль
извест н а ч еловеку с древнейших времен. Около ее залежей,
как и у р е к , р ожд ались города . Их н а з в а нья говор ят с а м и
за себя : Сол и к а мск, Усолье, Сольвычегодск.
Соль сл уж и л а валюто й : еще во времена Лом оносова за
пять плиток соли в А б и ссинии можно б ы л о купить р а б а .
Повыш е н и е н а логов н а соль ч а сто служ ило п р ичиной
200

н а р одного восст ания; вспомн ите з н аменитый «сол яной бунт»
п р и ц а р е Алексее Михайловиче.
Поваренная соль NaC l обеспеч и в а ет человеческий орга­
н и з м жизненно необходи м ы м хлором . В среднем в те.11е че­
ловека содержится около 1 00 гр а м м о в хлор а. Рол ь этого
элемента в организме велика и м ногооб р а зн а : он р егул ятор
водного о б м ен а , кислотно-щелочного р авновесия, осмоти­
ческого давления крови и тканевых ж идкостей.
Вся повер хность Земли, р а стительные и животные орга­
низмы «пройодированы», есл и можно т а к в ы р а зиться. Но
есть места, где содержание йода в почве и воздухе аном аль­
н о м ало. Обычно это р айоны в ысокогорных обл астей, уда­
ленных от. м о р я , с континен т а л ь н ым кл и м атом. Воздух здесь
содержит йода в 250 р а з меньше, ч е м, н а п р и м е р , на Черно­
мор ском побережье.
С давних пор было з а м ечено, что жители подо б н ых об­
л астей пор ажены зобной болезнью, щитовидн а я жел е з а у н их
сильно р аспухает . Дело в том , что обычно человеческий ор­
г анизм содержит око.110 25 м иллигр а м м ов йода. Полови н а
этого кол ичества концент р ируется в щитовидной железе. Он
входит в состав сложных органи ч еских соединен и й : тир еог­
лобул и н а , тироксина и трийодин а .
Щитовидн а я ж елез а - крохотн а я химическ а я ф а б р и к а
в т е л е человека - в ыр а б атывает особые в еществ а , необхо ­
димые для норм ального р азвития человеческого организма.
В з р ослому ч еловеку в день требуется около 0,05 м иллигр а м ­
м а йода. П р и р езком уменьшении кол и чества йод а , посту­
п а ющего в орган и з м , р а бота щитовидной железы н а р уш ает­
ся, что в едет к обр азов а н и ю з о б а .
Е щ е в середин е пр ошлого в е к а в о Ф р анци и н а ч а л и п р и ·
менять д л я л е ч е н и я з о б а йодистый калий . В н а ш е время
э т у болезнь л е ч а т органически ми соединениями, содерж ащи­
ми йод. Для профил актики зоба достаточно ввести 1 гр а м м
й о д а в 1 00 т ы с я ч л и т ров водопроводной воды.
В о в р е м я первой мировой в о й н ы ф р а н цузы з а менили овес
и сено для лош адей промытыми и в ысушенными на воздухе
водор осл я м и : л о ш ади л егко в ыдерж и в а л и все трудности
военного времени. Ученые з а и нтересовались этим ф а ктом,
в едь водоросли содержат большое количество йода.
Как же влияют доб а в ки й ода в микрокол ичест в а х на р о ст
и жиз недеятельность р астений и ж и вотных?
20 1

Проф ессор Н . З а м ф и р еску в Рум ыни и в ы р ащи в а л р а стения
почве, удобренной двумя-тремя гр а м м а м и й одистого калия
и л и натрия. Урожай ячменя, в ы р а щенного н а этой почве,
увеличился н а 40 п р оцентов, а соде рж а ни е й ода в нем воз­
р осло в 1 0-40 р аз п ротив обычного.
Каждый день к р а циону кур иссл едов атели добавляли
по пять й оди рованных зерен кукуруз ы . Я й ценоскость кур
увеличилась на 60 п р о центов , они неслись даже з и м о й . Когда
доб а в или 50 гр а м мов йодиров анного сен а в р а ци о н коз, то
содержание ж и р а в их молоке увеличилось н а 30 процентов.
йод еще полон з а г адок, изучение его р ол и в ж ивотном и
р астительном организ м а х только н ачалось, оно сулит много
в ажных откр ытий.
Немаловажную роль в человеческом о р г а н и з м е игр ает
бром.
В б ы ту «бромом» н азыв ают обычно е г о соедине ния, как
неорган ические, так и органические. Б р о миды успока ив а ют
нервную систе му, усилив а я п роцессы тор м ожения кор ы го·
Л О Б Н О Г О мозга.
В человеческом организме н а иболее богат бромом гипо­
физ; весь бром находится в нем в в-и де о р г а н и ческого в ы соко­
м о лекул ярного соединения. Гипофиз и в ыделяет бромго рмон,
и меющий большое з н а чение в р егул яции п р оцессов возбуж­
дения и тор можения.
в

РА ЗРУШИТЕЛЬ ! НЕТ, СОЗИДАТЕЛЬ !

Может л и вода гореть? Вопрос стр а н н ы й с первого взгля·
да . В едь о б щеизвестно, что вода - п родукт гор ения, ею
обычно туш ат огонь. И все-таки если н а поверхность воды
н ап р авить струю фтор а , то жидкость з агор ается бледно-фио­
л етовы м п л а м енем . Вот р е а кция ее горени я :
2H20+2F 2 4HF +02.
=

Фтор н астолько активец, что в ытесняет кисл ород из воды.
Этот галоген р азрушает все м атер и а л ы , за и склю ч ением
собственных соединений и н екоторых металлов, котор ы е при
взаи модействии с ним покрываются з ащитной пленкой фто­
рида.
С кисл ородо м, азотом и инертными г а з а м и о н непосредст­
в енно не соединяется.
202

Жидкий фтор перевозят в сосуде с «рубашкой», напол ­
ненной жидким азото м.
В а м , н аверное, н е р аз п р иходилось вид�ть н а стекле за­
м ысловатые р и сунки, копирующие п р оделки деда-мороза;
обычно т акими стекл а м и б ы в аю т з а стеклены двери внутри
помещения, н ап р и м е р в о б щежитии здания МГУ н а Ленин­
ских гор ах. Эти м атов ы е и з о б р ажения нельзя см ыть н и к а ки ­
м и р астворител я м и и кислотами, за исключением фтористо ­
водо р одной кислоты, с п о м ощью которой их и дел ают. Дл я
этого н а стекло н аносят тонкий слой пар а ф ин а , художн и к
вырисовывает н а н ем р исунок. З атем н а поверхность стекл а
действуют смесью п л а в и кового шп ата с сер ной кислото й:
C a F2 + H2S 04
C a S 04 + 2HF.
О б р азующийся фтористый в одо р од в з а и м одействует с
кр емнием стекл а :
S i02 + 4 H F
Sif4 + 2Н20.
Вода и ч етырехфтористый кр емний ул етучиваются: обр а ­
зуется шершавая м атов а я поверхность.
Безводный ф т ористый водород - летуч а я ж идкость, ки­
пящая п р и темпер атуре + 1 9 , 6° С . На п р а ктике его получают
р азложением п л а в и кового ш п ат а серной кислотой . Фто­
р истый водород - сильн ейшее о безвожив ающее средство.
Н и одно химич еское ср едств о н е способно осушить его. Р аст­
вор его в воде н а з ы в а ется фтор истоводородной или п л а в и к о=

=

203

вой кислотой . Он а употребляется для тр авления стекл а , дл я
удаления песка с м еталлического литья, в к ачестве катали­
з атор а в о р г а н ическом синтезе.
Когда говорят о чудесах химии, создающей в еществ а , не
тонущие в в оде и не боящиеся огня, то ср азу вспоминается
тефлон - политет р а фторэтил ен :
F

F F F F F
1
1
1
1
1
· ·· - с - с - с - с - с- с 1
1
1
1
1
1
F F F F F F
1

F
1

с1
F

. .

,

Это вещество стойко к действи ю « ц арской в одки » , р ас­
пл авленных щелочей, н а гревания до 300°С . Только металли­
ч еский натрий п ри вы сокой темпер атуре е г о р а з р у шает.
Тефлон - органическое соединение фтор а - фторугл е­
род. Слово « ф торуглерод» вошло в слов а р ь х и м и ков всего
1 5-20 л ет н а з ад. Этих веществ в п р и роде нет, и х создали
в л аб о р ат о р и и , з а менив в углеводородах водород н а фтор .
Фторуглероды - строительный м атер и а л будущего.
Они очень инертн ы , б а ктер и и и н асеко м ы е не могут
употребл ять их в п и щу в отличие от углеводор одов . Из фтор­
углеродов п р оизводят см азочные в еществ а , п л а ст м ассы , кау­
чуки, м асла и р астворители.
П р едст а в и м себе, что перед н ами авто м о б и л ь будущего.
Шины его во м ного р аз прочнее о б ычных - им не стр а ш н а
л ю б а я дор о г а , о н и изготовлены из фторопл а стов, фтористых
пл астм асс. С иденье автомобиля не горит и н е п ы л ится - оно
обито огнеупорной и п ыл еотталки в а ю щей тканью из фто р ­
угл е р одов . Фторуглеродные см азочные м асл а н е нуждаются
в з а м ене.
Есл и автомобиль и з а горится, ч т о невероятно - в едь
его кузов сдел а н из фторопластов, - огонь можно легко з а ­
гасить охлаждающей жидкостью из р ади атор а , о н а явл яет­
ся ф р еоном, жидким хлорфторугл еродо м .
Ф реоны - это соединения, соде р ж а щие, к р о м е фтор а и
угл е род а, хл о р , иногда и водород . Ф реоны употребл яются
в мощных холодильных уст а новках в к а ч еств е р абочего ве ­
ществ а ; они о б л а д ают низкой температурой кипения, как и
а мм и а к . C C l 2F2 кипит п р и -30° С
Почему фторуглероды т а к устойчивы?
20 4

В о - первых, атомы водорода, р асположенные вокруг ато ­
мов углерода м а л ы; о н и не п р икр ывают полностью атом ы
углерода и связи м ежду н и м и . Атомы же фтор а обл адают
оптимальной величиной, они полностью пер екр ы в ают угле­
р 1щный скелет и обр азуют устойчивую конф и гур ацию , з а ­
щищ а я силовое поле атомов углерода, и х св язи и их с а м и х
от внешних влияний . К тому же с а м а связь C-F очень
устой ч и в а . Что бы ее р аз о р в ать, требуется энергия в 1 07 боль­
ших калорий, дл я связи С-Н всего 87,3 большой калори и .
П о о б р азному в ы р ажению одного ученого , «фторуглер оды
обл адают как бы а лмазн ым сердцем и шкур о й носорог а » .
С ей ч а с х и м и я ф т о р а и е г о о р г а нических соединений одн а из н а и бол ее бурно р аз в и вающихся областей х и м и и .
В Р А Г И Л И Д Р УГ !

В один из дней первой м ировой в ойны к окоп ам фр анцуз ­
ских солдат со стороны нем ецких позиций подползло тяже ­
л о е с е р о-белое облако. Оно плотно п р илегало к земле, в хо ·
дило в любые щел и, в р ывалось в легкие люде й . Л юди п адали,
х р и п я, бились в агонии и умир али от удушья с кров а ­
в о й п е ной у р т а . Э т о б ы л хл о р .
Немцы тайно подвезли тысячи баллонов с жидки м хло­
ром и установили их н а п е редовых п озициях, во в р е м я по­
путного ветра открыли вентили, и облака хло р а п ополз­
л и к окоп ам п ротивника . Т ак хлор стал первым боевым от­
р авляющим веществ ом.
В п р о мышленности хлор получают искл ю ч ительно элек­
трол изом р аство р а пова ренной сол и :
2NaCl + 2Н2О

=

2 N a O H + Н 2 + Cl2.

Хлор в ыделяется н а аноде. Сухой х л о р не действует н а
железо, и е г о можно т р а нспортировать в желез н ы х б алло­
н а х . Удобность перевозки хлор а б ыл а , по-видимому, основ­
ным поводом дл я употребления его в ка честве отр авляюще­
го веществ а .
Хлор первым и з газов б ы л превр ащен в жидкость . В з а и м­
ное п р итяжение м ежду молекул а м и хло р а гор аздо сильнее,
чем у других газов, известных в о времен а Ф а р адея . Ф а ­
р адей сблизил мол е кул ы хл о р а давлен и е м, уменьшив ско205

ы . Жидк ий
р о сть их движ ения пониж ением темпе р атур
ость.
хлор - это з елено в атая м аслян ист а я жидк
н а де­
На лекци ях п о хими и обыч но произ водят опыт:
й.
робко
п
ытую
р
к
а
з
,
колбу
ставят
к
столи
й
ы
монст р ационн
если
й,
пусто
шенно
Кол б а к а к кол б а ; може т п о к а з а ться совер
р и и . Н о стоит
смотр еть на нее с даль них р ядов а удито
зда ется вз р ы в.
а
р
как
,
гния
а
м
ужку
непо далек у заже чь стр
В темн оте ре­
.
м
одо
водор
с
а
р
о
ю
хл
смесь
а
лнен
Кол б а напо
ы получ ить
Чтоб
енно.
акция м ежду г а з а м и идет очень м едл
ждат ь сто­
адо
н
ода,
водор
стого
и
з а метно е кол и ч ество хло р
лет ия " .
и л и пря­
Но вот н а кол бу у п а л свет м а гниев ой вспыш ки
попад ая
,
а
свет
т
Кван
?
очему
П
!
в
Взры
.
луч"
мой солне ч н ы й
хлора ,
Атом
.
атомы
в с м есь, р аз б и в а е т молек улу хло р а н а
мо­
азуя
обр
ода,
водор
екулу
мол
в свою очере дь, р азбив ает
д.
т.
и
ода
водор
о
лекул у хло р истог
/ C.f+
Ct2 "
СН

Н 2-

H Cf + H " . H + Cf2 - H C t + C "0 ".

Н2-

H Ct + Н . . H + Ct2 - H Ct + Cl . ..
.

Проис ходит цепно й проце сс".
м ол екул ы
За счет кажд ой п ервон ачаль но воз бужд енной
водор о­
истого
р
о
л
х
ул
молек
тысяч
ста
до
я
азуетс
хлора обр
вий
одейст
м
и
а
з
в
а
н
и
в
а
л
да . За неуло вимую долю секунд ы
.
п р е в р а щает ся во взрыв
206

В пром ышленности хлор и стый в одород получают п р я м ы м
синтезом . В р е а кционную б а ш н ю п одводятся две тру б ы : п о
одной из н и х пода ется хл о р , по другой - водор од. Т а м , где
трубы соединяются, получ и вшуюся см есь газов поджи гают.
О н а горит ярким, к р а с и в ы м п л а м е н е м , но не взрыв а ется.
О б р а зующийся хлористый водород подн и м а ется в в е р х ; н а ­
встречу ему р азбр ызгив а ется в од а , к о тор ая ж адно поглоща­
ет хлористый в о д о р од; получ а ется соляна я кислот а . З д есь
и спол ьзуется принцип пр оти вотока, позволяющий достигнуть
н а и полнейшего р аствор е н и я хлористого водород а . Оди н
объем воды поглощает 400 о бъемов газ а .
Соляная кислота - о д н а из н а и более сильных кисл от ;
она отл и ч н о р а створяет м ет а л л ы , стоящие в р яду н а п р яже­
ний левее водорода, з а исключением свинца.
Хлор о бесцвеч и в а ет цветы и л и стья - это з а м етил еще
Ш е ел е . В 1 785 году Б е ртолле решил применить хл о р , вер­
нее - его р а створ в воде, для отбели в а ния тканей. Опыт
прекр асно удался в л а бор атории, н о когда он п ерешел в по­
мещение ф а брики, то р аздались ж а лобы п р омышленников.
Хлор н а я вода отлично отбелив а л а ткани, но портил а ме­
таллич еские ч а сти м аш и н и отр а в л я л а помещение ф а б р ики .
Бертолле е щ е р а нее з а м етил , ч т о р а створ хл о р а в щело­
чи, отбел ивая т к а н и , выделяет хл ор менее интенсивно, чем
хл о р н а я вод а . П ервые о пыты отбелки тканей р а ств ором
хл о р а в щелочи им ели м е сто в г ороде Жавелл и . Новая жид­
кость была н а з в а н а « ж а в елевой в одой» . В скоре о н а был а
з а м енена беJiильной изв естью C a OCl2• Это бел ы й пор ошок,
обладающий сильным окислительным действием, п р и м еняет­
ся дл я отбелки, дезин фекци и , дега з а ци и. Иприт, соприка­
саясь с хлорной известью, сго р а ет со в зр ывом.
Хлор о б р азует пять к ислот . В одной из них, соляной, он
о б л а д а ет отр ицательной в а л ентностью. Четыре другие со­
де р ж а т кислород: в алентность хл о р а в них р а в н а соответст­
венно 1 + . з+. s+. 7+. Хлор н а я кислота H C 1 Q4, где он
н а ходится в в ы сшей степени окисления, является с а мой
сильной кислотой.
Из солей кисл о р одных кислот хлора н а и более в а ж н ы
К: С Ю з и M g ( Cl04) 2.
К:Сl Оз - бертоллето в а соль - п р и м еняется в изготовле­
нии спичек, в фейерверках и сигнальных р а кетах. В л а б о р а ­
тор ии о н а служит для получения кислорода.
207

Mg ( CJ04) 2 - в технике это соеди нение получило назва ­
ние « а н гидрон» - очень сильный осушитель, н е уступа ющий
фосфорному а н гидриду и выгодно отл и ч ающийся от послед­
него тем, что его можно высушить под в а куумом и снова
и спользов ать.
АОД И &РОМ ШИ Р О К О И С ПО ЛЬ З У ЮТ С Я

••

П о чему к о ричнев ато-красный цвет йодного р а створ а ,
попавшего н а руку, ср а внительно быстро исчеза ет?
йод л етуч. Этим пользуются дл я его очи стки. Есл и на ­
гр еть кол бу с крупинками йода на дне, п р и ч е м кол бу по­
к р ыть холодн ы м ч а совым стекл ышком , то ч е р ез некоторое
время йод в кол б е и с чезнет. З а то дно ч а со вого сте1<л ышка
покроется сеоометаллическими к руп и н к а м и . йод в озгонится.
В последнее время
й од используют для по­
'"
лучения металлов вы­
�f
сокой ч и стоты, необходимых для п р оизвод �
ств а полуп роводников
и атом ной энергети ки,
таких, как циркони й ,
титан, торий. Т а к н а йоди д ный
зываемый
з а ключа ется
процесс
в следующе м : очищае­
мый м еталл о б р а б атыв а ется п а р а м и йода в в а куум е ; лету­
ч и е й одиды металлов р а з л а гаются н а р а скал енной проволо­
ке, на котор ой и осаждается чистый м еталл.
З а гр язняющие п р и меси, окиси и нитриды мет аллов не
возгоняются. Н ап р и м е р , при очистке губчатого титана окис ­
л ы и нитриды этого металла с йодом не в з а и м одействуют.
йодидным пр оцессом очищают циркони й , титан, в а н ади й,
крем ний и торий.
Б р о м истые соеди нения также летуч и ; их употр ебляют
для связ ывания а нтидетонато р а - тетр а эти лсвинца. О р га ­
н и ческие соединения б р о м а , доб а вленные в бензин, удаляют
свинец из мотор а в виде летучего бром истого соединен и я .
Галогенид ы серебр а светочувствительны . Н а э т о м осно в а н о
ш и рокое п р и м енение бром истых и йодистых с о л е й серебр а
в фото- и кинопромышлеНJН ости .

:t

111•

1

Е ГО
В ЕП И Ч Е СТ В О
JИЕПЕЗО

Казалось б ы , к а кое несо в р е менное вы р ажен и е : в н а ш
и е к велич ать железо отжи в ш и м , уста ревшим корол евски м
титул о м ! И все - т а к и это имеет смысл. Только величие желе­
за - это не мнимое величие н а п ыщенного и недоступн о го
мона рха, а величие п оистине вездесущего труженика, безус­
ловно за служ и в а ющего сам ого в ы сокого ув ажения.
Без желез а не б ыло б ы цивилиз ации. Без железа была
бы невозмож н а жизнь животного мир а н ашей п л а неты . Он о
обнаружено в крови по ч т и всех животных (за единичн ым и
искл ючениям и ) . Трехвалентное железо входит в сост а в
сложного соедин ения гемин а , котор о е в сочет ании с белком
глобином о б р азует гемогл о б и н - в ещество, способное об­
р ати м о п рисоединять кислород и з а тем отд а в а т ь его всем
тка н я м организ м а , обеспеч и в а я их дых ание. П р и сутст в и е
ж е л е з а в к р о в и , между прочи м , о бъясняет ее кр асный цвет.
Особенно яркий цвет имеет гемогл с б и н , насыщенный кисло­
р одом ( оксигемог лоб ин ) , поэтому а рте ри альн ая кровь я рко-кр асная в отличие от более темной венозной крови.
О бщее содержание желез а в организме человека очень неве­
л ико - окол о 3 граммов ( в сего 0 ,004 п р оцента веса тел а ) .
Лю бопытно, что в состав крови некоторых червей вхо­
дит двухв алентное железо. Цвет такой крови - зеленый.
Небольшие количеств а желез а необходи м ы и дл я жиз­
недеятельности р астений .
Что такое железо?
Н а первый взгляд это а бсурдный вопрос, ведь всякому
я сно, что железо вездесуще. Одн а ко с точки з р ения химии
этот вопрос н е т а к уж нелеп. В едь железо, с кот о р ы м и м еет
дело техника, - это, как п р авило, не хим ически чисты й
209

м еталл. Оно в сегда содер­
ж ит п р и м еси и потому з н а ­
по
отл и ч а ется
чительно
свойст в а м от ч и стого желе­
з а . С а м ая гл а в н а я примесь
в техническ ом м еталле углерод ( м ы не говорим
о специально получаемых
спл а в а х железа - о них
речь будет ниже) . Кол иче­
ство углерода в металле
об у слов л и в а е т в з н а читель­
ной степени его свойства.
Металл с соде ржанием уг­
л ерода до 0 ,2 п р оцента н а ­
з ы в ается ковким железом .
Оно довольно мягко, л егко
куется , вытягив а ется. Из
такого м еталл а дел ают, например, жесть, гвозди, про­
в олоку. С одержание углерода в м ет ал л е в п р еделах от
0,2- 1 ,7 п р о цента отвечает р азным м а р ка м стал и . Она твер­
же, п р очней ковкого жел е з а , упруга и хорошо п оддается ме­
х а н и ческой
о б р а ботке.
Е сл и
угл е рода
в
метал л е
бол ь ш е чем 1 ,7 п р оцента - э т о чугун.
Х и м ически ч и стое железо, железо в строгом с м ысле сло­
в а , в идел и , вер оятно, нем ногие из в а с. Получают его элек­
тролитическим путем или восст ановлением чи стых окислов
железа водородом при н а гревании. Т а к о е железо куется и
в монолитных кусках п р и обычных усл овиях не окисляетс я .
На п р и м е р е железа отч етл и в о видно, н а сколько тесно х и м и ­
ч е с к а я а ктивность связ а н а со степенью чистоты металла.
Но это еще не все. Л ю бо й химик в с а м о й п р остой л а б ор а ­
тор и и может л егко пр иготовить химически ч и стое железо,
кото р о е н е только будет окисляться на воздухе, но и " . сго­
рит, как порох. Н а п ри м е р, при н а гр ев а н и и щ а в елевокислой
соли двух в а л ентного желез а выделяется ч и стый металл п о
р е а кции : FeC204 Fe+2C02, причем крупинки железа и м еют
р азмер ы около п яти микрон. Вот эти-то м а ленькие крупин­
ЮI и способны окисляться на воздухе так быстро, что даже
з а го р а ют ся. Почему это происходит? Одн а из п р и ч и н в том,
=

210

что такие мелки е крупинки
и м еют огромную общую по­
верхность
соп р икосновения
с воздухом. Кроме того, м а ­
л ые р азмеры крупинок м е ша­
ют о б р а зованию п р а вильных
устойчивых
кристаллич еских
с 11руктур . Т акую в н у тр еннюю
неустойчивость и «использу­
ет» кислород.
Интересно, что получение
п р а в ильно о б р азованных кр и ­
сталлов изменяет в невероят·
ных м асштаб а х и м е х а н ические свойств а металл а . Так, п ро­
волока из обычного жел е з а сечением в 1 кв адр атный мил­
л и м етр выдержив а ет груз в 20 1шлог р а м м о•в . А есл и бы уда­
JJ Ось получить совершенно п р а в ил ь н ы й кристалл ж ел е з а се­
чением в квадр атный м и л л иметр, то он обладал бы ф а нт а ·
стической прочностью и в ыдерж ал бы груз в 1 0 тысяч ки·
логр а м м о в . И это в то в р ем я , когда специ а л ь н ы е стали о б ­
ладают прочностью около 400 кг/мм 2 •
К сож алению, пока еще не н аучились получать большие
крист аллы т а кого бездисл о к а ционного желез а с совершенно
п р а в и л ьной структурой.
ЖЕЛЕ З О В П РИРОД Е

Железо - один из с а м ы х р а сп р остр аненных н а З е мл е
элементов : н а его долю в земной коре п р иходится 4,2 п р о·
uент а . Это очень м н ого. Железо земной ко р ы весит
755 ООО ООО миллиардов тонн, но лишь неизмеримо м еньшее
его колич ество доступ но челове1<у; больш а я ч а сть м е т а л л а
н аходится в р ассеянном состоян и и . З ап а с ы е г о , п р и годные
для использов ания, сост авл яют, по некото р ым оценкам,
примерно 20 000 000 м и лл и а рдов тон н.
Человек использует железо, сконцентриров анное в место·
р ождениях . Б л а годаря своей з н а чительной х и м ической ак­
тивности железо не встр е ч а ется в свободн о м , с а мородном
состоянии, 1<ак, н ап р и м е р , золото. Месторождения жел е з а это скопления его хи м и ческих соединений с другими эле 21 1

м е н т а м и ( ч аще всего с ки с л о родо м ) . Вот гл а в ные рудные
минер алы желез а : м агнетит, имеющий состав FeO·Fe20з
( содержит до 72,4 п р оцента чистого желез а ) , обл адающий ,
к а к показ ы в а ет его н азв а ние , м а гнитн ы м и свойств а м и . Ге­
м атит, и л и к р а сный жел езняк Fe203 ( до 70 п р оцентов жел е­
з а ) . Н аз в а н и е этого м инер ал а произошло от греческого
кор ня «гем а » - кровь . Интересно, что русское слово «руд а» ,
п о - в идимому когд а -то п р и менявшееся л и ш ь к месторож ­
дениям желез а , р одственно слову « рдеть» - быть ярко­
к р а сным
- и укр а инскому слову «рудый » - рыжий . Бу­
р ы е железняки и м е ют сост а в Fе20з Fe ( О Н ) з и содержа т до
62 п р о центов желез а . В м есторож д ениях встр е ч а ется также
сидерит FеСОз, в котором 48 п роцентов желез а . Конечно,
всякая руда содержит более или менее з н ачительные кол и ­
честв а пустой п о р оды и п р и месей других м и нер алов , иногда
пр едст а в ляющих большую ценн ость. Это обстоятельство
в н осит существенные попр авки в металлургические п р о ­
цес сы.
Н а ш а стр а н а з а н и м ает первое место в мире п о з а п а с а м
жел езных руд . Многие из н и х отл и ч а ются высоким к а ч ест­
в о м . Т а к , ес л и в мировой добыче м а гнетиты сост авляют
л и шь 9,5 п р оцент а , то в СССР на их д о лю п р иходится до
40 пр оцентов при с одержании желез а около 65 процентов
( горы В ысокая, М агнитн а я и Бл агодать на Ур але, Соко­
ловско- С а р б а йское м есторождение в З ау р а л ь е ) . Керченское
м есторождени е содержит бурый железняк. Хотя желез а
в нем не т а к уж м ного ( 40 процентов ) , в керч енском же­
л е з н я к е в ы со ки й п роцент в ан адия. Бур ы е железняки, в ко­
торых содержатся еще и никел ь, х р о м , в а н адий, составля­
ю т Х а л иловское месторождение. Крупнейшее м есторожде­
ние гем атитов - Криворожское - состоит из богатых руд
( 50-70 п роцентов желез а ) п р и м а л о м содерж а н и и сер ы
( меньше 0, 1 п р оцент а ) и ф о сфор а ( 0 ,0 1 -0, 1 п р оцента ) .
К: числ у з а ме ч ательных кл адов п р и р оды п р и н адл ежит
уникальное м есторождение железных руд - Курская м аг­
нитн ая а н о м а л и я ( КМА) . Же.1ез а зд е сь по к р а й ней мере
вдв о е больше, чем во в сех м е сторождениях м и р а , в м есте
взятых. В ыявленные до сих пор з а п а сы КМА составля ю т
окол о 1 0 т р и ллионов тонн , в том числе до 40 миллиардов
тонн богатых руд, и спользов ание которы х уже н а ч ато. Что ­
бы п одч е р кнуть г р а ндиозность э т и х циф р , скажем, что д а же
·

212

п р и условии неп ре рывног о роста в ыпл а вки чугуна и стал и
в н а шей стр а не з а п а сов
КМА может х ватить н а тысячел е­
ти е ! П р а вд а , многие месторождения КМА р а сположены глу�
бока, з н а чительные кол ичеств а р уды нуждаются в о богаще­
нии. Много еще п р едс т оит сдел ать дл я освоения КМА. У н е е
большое будущее.
КА К РУДА

СТАНОВИТСЯ ЖЕЛЕЗОМ

Итак, железо в рудах н а х одится в соединении с кислоро­
д о м . З н ачит, что б ы в ыдел ить сво бодное железо, нуж н о отнять
кислород у окисл а , в-о сстановит ь его. В этом и з а кл ю ­
ч а ется суть, смысл доменного п р оцесс а . П р оцесс этот, в о б ­
щ и х ч е р т а х з н а комый каждо м у ш кольнику, в едется в огро м­
ных с т альных доменных п е ч а х , в ыложенных и знут р и огне­
упорным кирпичом . В т а кую печь сверху слоями з а груж ают
ш ихту (по-немецки слово « S c hicht» к а к р аз и о з н а ч ает
«слой» ) , состоящую из специально п р и готовленного угля кокс а , руды и специ альных доб авок - флюсов ( от нем ецкого
�<fli essen» - «течь» ) , ил и п л а в ней. Флюсы - это и з в естня к
С а С Оз, или доломит, соде р ж а щ и й до 1 0 п р о центов м а гния.
Иногд а - в з ависи м ости от сост а в а руды и угля - п р и меня­
ют кремнекислые флюсы, состоящие из кв ар цита или пес1< а
Si0 2 • Ф л ю с ы нужн ы , ч т о б ы связ ать п р и м еси в л егкопл а вкие
силикаты, котор ы е л егко отдел яются от мет а л л а .
Когд а дом н а з агружен а , ее « з адув ают», пус к а ют в ход,
после чего она действует в теч ение нескольких л ет. В едь
шихту можно з агружат ь в домну м н ого р а з по м е р е в ыпуска
чугуна и шл аков через специ а л ьные отверстия в нижней ч а с­
ти печи - гор не.
А откуда т а кое в ы р а ж ение - «з адуть дом ну»? О ч ень про­
сто: процесс восстановления руды п р отекает так: в домну
все время внизу, через специ а льные отверстия - фурмы вдув ается горячий ( 600-800 гр адусов ) воздух. Н а ходящийся
в печи кокс сгор ает, давая в конечном сч ете окись углерода
СО. В гор не дом н ы поддерж и в а ется в ысок а я тем п ер ату р а ,
около 1 800 гр адусов . Э т о больше, ч е м нужно д л я пл а вл ения
не только чугун а ( окол о 1 200 гр адусов ) , но и чистого жел е­
з а , которое п л авится п р и 1 536 гр адусах. Вверх п о оси домны
темпер атур а постепенно снижается до 300 гр адусов у кол ош213

н и к а , где пр о и з в одится з а грузка очередной порции ш ихты
( колошей и н а з ы в а ют одну п орцию шихты, состоящую из
слоев р уды, кок с а и флюсов ) . То, что в р азных о б л а стях
домны поддер ж и в а ется р аз н а я темпер атур а , очень в ажно,
т ак как та или и н а я р е акция протекает при своей темпер ату­
р е . Каковы же о н и ?
В обл асти темпер атур около 600-700 гр адусов н а чин ает­
с я восст ановление окислов жел е з а окисью угле р од а :
ЗFе2О3 + С0 = 2fез04+ со2;
Fe304+ CO=ЗFeo+ co2;
Feo+co=Fe+co2;
Feo+c=Fe+co.
Последняя р е а кция - в о сстановл е ние окиси железа кок­
сом - п р оисходит уже п р и тем п е р а тур е около 1 000 гр ад у ­
сов, в более низких обл астях домны. Здесь ж е флюсы обр а ­
зуют с п р и м е с я м и шл аки :
90 0 °

Са С03 - Са О + СО2 :
Са О + S 1 02

1 2 0 0°C a S

1 0j

Л егкие ш л а к и всплыв а ют н а п оверхность р аспл авленного
металл а . И х в р емя от в ремени слив а ют, а р а сп л а вленный
металл о ста ется ниже слоя шл а ков. О чень существенно, что
с.rюй шл а ков з а щищает м еталл от обр атного окисления тем
214

воздухом, который вду в а ют в домну для поддержания п р о ­
цесс а . Т аким о б р а зом, ш л а к и не п р о сто отходы п р оизводст­
в а ; они активно уч а ствуют в пр оцессе.
Примеси, содерж а щиеся в руде в виде окисл о в , т акже
ча стично восстан а в л и в а ются :

Первые д в е р е а кции требуют очень большого количеств а
тепл а , поэтому чем больше сгор ает кок с а , тем полнее восста­
н ав л и в а ются м а рганец и кр е м н и й.
Что происходит после восст ановления желез а ? Железо
начин ает опускаться в нижнюю ч а сть до м н ы . При этом оно
не остается неизменным. Темпер атур а р а стет, изменяются
кристаллическая структур а и свойств а желез а . Ниже 760 гр а­
д усов существует т ак н а з ы в а емое аль ф а -железо, х а р акте­
р изующееся, в ч а стности, с в о и м и м а гнитны м и свойств а м и .
П р и 760-906 гр адус а х существует щругая м о д и ф икация бета - железо, у которого м агнитные свойств а отсутствуют
( и менно поэтому н а м агниченный п р едмет перестает б ыть
т аковым п р и н а гр ев ани и ) . В ы ш е 906 гр адусов железо пре­
в р а ща ется в свою тр етью м оди ф и к а ци ю - г а м м а . Здесь уже
и кристаллическая решетка друг а я , а гл авное - г а м м а - желе­
зо способно р а створять углер од.
В от при этих-то условиях железо, едв а успев р одиться . . .
перестает б ыть железом. Н аходясь в тесном контакте с кок­
сом, железо н ауглерожив а ется и прев р а щ а ется в чугун п родукт доменного производств а . Кр е м н и й , м ар г анец, фос­
фор и сер а , ч астично восстановленные одн о в р е м енно с желе­
зом, т акже р аствор яются в железе и потому входят в сост а в
чугун а .
В общих чертах этот процесс изв естен людям давно, н о
д о с и х пор не исчер п аны еще в с е возможности его совершен ­
ствования. В ча стности, к а к изв естно, в домну вдув а ют воз­
дух, необходим ы й для сго р а н и я кокс а . Необходи м ы й ? Но
ведь для горения нужен тол ько кислород, сост а в л я ющий
23 процент всего о бъе м а воздуха . А 78 процентов сост а в л я ет
а з от, являющийся, т а к и м обр а зом, « б еспл атным пр иложе­
нием» .
215

В п р оч е м , далеко не беспл атн ы м . В оздух п р и ходится пр ед­
в а р ительно н а грев ать до 600-800 гр адусо в . Дл я этого стро ­
ят специ альные н а грев атели - кауп е р ы . Ин аче нельз я :
если воздух не н а гр еть, азот унесет с собой большую ч а сть
тепл а , в ыдел и в шуюся при сжигании кокс а . Без к ауперов
можно обойтись, если вдув ать в домну не обычный воздух ,
а газовую смесь, обогащенную кислородом . Тогда процесс
идет более интенсивно.
Ч асть в ы п л а в л енного чугуна используется для отливки
р азличных тяжелых ч астей м а шин - м а хов ико в , станин и дл я других цел е й . Н о основ н а я м а с с а чугун а п ер е р а б аты­
в а ется на ст аль . Для этого изв естны д в а основных метода конв ерторн ы й , и л и б ессемеровски й , и м а р теновский .
П р и бессем е р о в а н и и чугун з а л и в а ют в специальные гигант­
ские «р еторты» - конверторы, выложенные огнеупор ными
силикатными плитк а м и , и снизу продув а ю т сильной струе й
в оздух а . Ч т о п р и этом происходит? Прежде всего окисляет­
ся с а м о железо : 2Fe+02=2Fe0 . Обр а з о в а в ш аяся з а кись
может отд а в ать свой кисло р од п р и м есям , окисляя их и в ы ­
дел яя с н о в а чистое железо . Но ч асть F e O теряется з а счет
обр а зо в а н и я шл а к а : FeO + S i02=FeSi03 . К.роме того, если
FeO обр а з о в а л а с ь в больших количеств а х , то, р а створ яясь
в жидком металле, из которого примеси выгорели и потому
не могут восст ановить, « р а скислить» FeO, - эта п р и месь мо­
ж е т р езко ухудшить свойства стали .
П р о цесс в ы гор а н и я п р и м есей можно п р едст а в ить в виде
у р а внений :
2Мп+О2=2Мп0 или Mn+FeO = MnO+Fe;
S i+02 = S i 0 2 ;
с+о 2 = С О 2 .
216

В с е эти р е акции сопровождаются в ыделением теп л а , по ­
этому п р и проду в а н и и конвертор а металл не только н е охл а ­
ждается, но е щ е б о л е е р азогр е в а ется . Обр азов авшиеся окис·
л ы ошл аков ы в а ю тся . П р и это м , конечно, ч астично р а зрушает­
ся о б кл адка ( футеро в к а ) конвертор а , состоящая и з кремне­
зема S i 0 2 : MnO + S I 02 = MnSi03• В конце п р оцесса для уд але­
ния ост атков FeO в конвертор доб авляют р аскисл итель
ф е р р о м арганец или ферросилиций.
Процесс проходит очень быстро, з а 1 5-20 минут. Одн ако
это н е только преимущество, н о и недост аток, т а к как про­
цесс трудно регулиров а ть. Кроме того, как ясно из приведе н­
ных р е акций, ч а сть железа в ыгор ает (до 10 процентов ) .
С н ач а л а конвертор ный способ и м ел еще один существ ен­
ный н едост аток: кисл а я обкл адка конвертор а связывал а
лишь основные окислы и потому не способствов а л а уд алению
из м еталл а фосфор а , окисл енного до Р205, - в едь пятиокись
ф ос ф о р а тоже кислотный окисел. Поэтому полученная из
ф ос фо р истых чугунов ст аль была л о мкой. Позже дл я пере­
р а ботки н а ст аль таких чугунов стали использовать кон в е р ­
торы с обкл адкой из о с н о в н ы х окислов , а т а кж е доб а в лять
в J{онвертор до 1 2- 1 5 п р о центов извести . Основные окисл ы
С а О и MgO связы в ают Р 205 в в иде фосф атов С а и Mg. Т а ­
кой в ар и ант конверторного п роцесс а ц а зв а н п о и мени его
автор а томасовски м . Томасшл ак, состоящий из фосф атов, ценное удобрение.
П р и м артеновском методе п р и м еси выжигаются не толь­
ко за счет кислород а , кото р ы й пр оходит н ад р ас п л а в ленным
металлом, н о и за сч ет кислород а , содерж а щегося в окисл а х
желез а , доб авляемых к чугуну в в иде чистой железной р уды
или т а к н а зыв аемого скр а п а - железного лом а . Н е обходи­
мое тепло получ а ют сжиганием в м а ртене гор ючего г а з а
в смеси с воздухом . Процесс идет несколько ч асов и под­
да ется точному регул и р о в а н и ю , позволяет вносить необходи­
м ые доб а в ки в получ аемую сталь.
Химические процессы в м а ртеновской печи похожи на
происходящие в конверто р а х . В конце плавки в м еталл до ­
б а вляют р ассчит анное кол и ч ество р а скислителя - ф е р р о м а р ­
г а н ц а для восст а н о в ления желез а из е г о з а киси.
М а ртеновский п р оцесс позволяет получать м ет алл с со­
держ а н ием чистого железа до 99,95 процента.
И в м а ртеновский п роцесс п р и м енение кисJюродного

�

2 17

дутья внесл о существ енные изменения . П ечь ста л а р а бот а ть
интенсивнее, б ы стрее. К а к подсчитали ученые, в н едрение
кисл орода в м а ртеновский п р оцесс позволит в течение се­
мил етки только н а существующих м а ртеновских печах по­
Jtучит ь дополнительно 8 миллионов тонн стал и .
И , н а конец, е щ е одно обстоятельство. Вду м а йтесь в ци ф­
р ы семил етнего пл а н а : в 1 965 году у н а с в стр а н е будет
выпл авляться 67-70 миллионов тонн чугу н а и 86-9 1 мил­
.1шон тонн стали . Мы з н а е м , чт о весь чугун, з а и скл юч ением
той ч а сти, кото р а я используется непоср едственно дл я отлив ­
I< И
необходим ы х изделий и з чугун а , перер а б а т ы в а ется
в сталь. Но ведь тогда выплавка ста л и в лучшем случ ае
должна быть р ав н а в ы пл авке чугун а . А стали н а мечено в ы­
п л а в ить н а 1 0 миллионов тонн больше. В ч е м ж е тут дело?
В том, что м а р теновский п роцесс позволяет возвр атить
к жизни миллионы тонн рж авого, ст а рого желез а , которое
н азы в а ется «железный лом» . Вот и в ыходит, что сбор же­
лезного лома - очень серьезное и в а жное госуд а р ственное
дел о .
Какой же с п о с о б получения стаJШ л у ч ш е ? Мы у ж е в иде­
ли , что к а ждый из них и м еет свои сильные и сл а б ы е сторо­
ны. Гл а в ным недостатком конверторного спосо б а было то,
что он д а в ал менее к а ч ественную сталь. В едь чугун п р оду­
в а л и воздухом, и з н а ч ительные количеств а азота р а створя­
лись в металле, р езко ухудш ая его к ачество.
218

С е й ч а с в н ашей стр ане р а б о т а ют несколько конверторных
цехов , испол ьзующих для в ы ж и г а н и я углерода и кремни я
из чугун а н е воздух, а кислород . Теперь конверторн а я ст аль
по к ачеству п р и ближ ается к м а ртеновской. Стоимость ее з н а­
чительно н и ж е . По производительности же один конвертор
н а 35 тонн стали р а вен м артеновской печи, р ассчит а н ной н а
800 тон н : в едь он дает д о 5 0 п л а в о к в сутки , а м артен
только две.
С п р а в едливо было б ы пост а в ить вопрос: а нельзя л и и з
руды получ ать п р я м о железо и ст аль, а н е чугун ? Э т о не
нов ый и очень интересный вопрос. Е ще в 1 899 году Менделе­
ев п и с ал, что пр идет в р е м я «опять иск ать способов получе­
ния желез а и стали из р уд, м и н уя чугун» . «А по чему
«опять»?» - спросите вы. Когда -то первые м ет а лл урги п о­
луч а л и железо из смеси руды с древесным угле м . В озду х
под а в а л и с помощью обычных м ехов. Полученное железо
допол н ительно обр а б атыв а л и на н аков альне.
В этих условиях восстацовление р уды шло м едленно, ме­
талл н е пл авился и потому не н асыщался углеродом . Одн а ­
к о этот процесс проводили л и ш ь с небольш и м и кол и честв а м и
р уды, причем он был периодически м : готов ый металл нужно
б ыло извлечь, сно в а з а грузить ш ихту и только после этого
н ач и н ать н агревание.
Для больших м асштабов пр оизводст в а э тот способ не
r одился и был вытеснен дом е н н ы м , п р и которо!l.1 восст а н о в 2 19

л е н и е руды идет непрерывно, а получаемый металл жидок и
потому л егко уда л яется из п е ч и без ост а н овки ее р а боты.
В наше время при нцип прямого получ е н и я желе з а из
р уды в озрождается, но на более в ы соком ТЕJ.хническом уров­
н е . Вспомним, что железо станов ится чугуном потому, что
в печи и м еется и з быток углерода све р х того количеств а ,
кото р о е нуж но для восстановления руды. Кр о м е того, в печи
м еталл пл авится, что способствует н аугл ерож и в а н и ю жел е з а .
Е с л и бр ать кокс а р о в н о столь к о, сколько нужно дл я восст а ­
н овления руды , а н а грев ать шихту д о нужн о й температуры
электр ически м током , проходящим через в м онтированные
в печь электроды, то и получится т а к н а з ы в а ем а я электр о­
дом н а . Отходящие гор я ч и е газы воз в р ащаются снов а в элект­
р одомну, что позволяет экономить тепло. Т а к а я печь дает не
ч угун, а ч истое железо. Н о стоит оно пока что дор ого из-за
в ысокой стои мости электроэнергии. Для п р я м uго получения
жел е з а и з р уд р аз р а ботаны и другие м етоды.
Сам дом е н н ы й процесс в его нынешнем в иде и весь ме­
та ллур гический цикл не пре рывно совершенствуютс я . Их внут­
р ен н и е резервы далеко не исчерпаны . В будущем р аботу
дом н ы не только механизируют, но и автом атизируют, вклю­
ч а я а втом атиз а ци ю р асчета сост а в а шихты на основе а н а .11 и ­
з а сырья и з ад а н н ы х з ар анее условий п р оцесс а . Полная а в ­
томати з а ци я - вот будущее доменного п р оцесс а и о б р а бот­
ки м етал л а на всем его пути от р уды до готового издел и я.
Н Е &ОЛЬШ АЯ Э К С КУРС ИЯ В ЗАВОДС КУЮ Лд&ОРАТОРИ Ю

Мы ч асто п р и в одим циф р о в ы е д а н н ы е о сост аве стали
чугун а . Они позволяют оценить механичес к и е свойств а
будущих издел и й . Точн ый и быстр ый а н а л и з м ета л л а необхо­
дим и в м артеновском цехе, так как от сост а в а м ета л л а и
от кол и чест в а в нем тех или иных примесей з а висит ход
п роцеоса и количество необходи мых п р и садок (до б а вок) .
Как же а н а л и зируют сталь?
Для определения углерод а в ста л и н авеску е е подвергают
своf:об р а з ному « бессем ерованию» - сж игают в специальном
п р и боре в атмосфере кислорода при 1 000- 1 1 00 гр адус ах.
При этом угл ер од пол ностью окисл я етс я , п ревр а щ ая сь в угили

220

лекислый газ . Углекисл ый газ ул авлив ают специальн ы м по­
глотителем, н апример аскаритом, то есть асбестом , пропи­
танным едким н а тр о м : 2 N a O H +co2 = N a 2C03+H20 .
Увеличение веса поглотителя п р и этом показыв ает, сколь­
к о СО2 в ыдел илось при сжигании и з в естной н а в ески ста л и , и
позволяет вычисл ить п р оцент углерода в стали.
Дл я определения м а р г ан ц а е с т ь н есколько м етодов. Н а ­
п р и м е р , можно р а створить н а веску стали в кислот ах и , до­
б а вл я я окисл ители , п р е в р атить н а ходящийся в р а ство р е двух­
Mn2+ -+ Mn04-.
в ал ентный м а рганец в ион п е р м а нг а н а т а :
Как известн о, р а ств о р ы пе рм анганата окр аше ны. Поэто му
исследуемый р аствор в специальном приборе кол о р и м етр е
ср а в н и в ают по окр аске с т а к и м р аствором, в котором коли­
чество МnО4- и звестно з а р анее. Т ак м ожно определить со­
дер ж а ни е .Мп в н авеске.
Для определения серы н ав еску стали р астворяют в кон­
центр ированной азотной кислоте . При этом сер а окисляется
и пер еходит в р а ств ор в виде ионов S O�-. При доба влении
хлор ида б ар и я вся сер а ос аждается в в иде нер а створимой
соли B a S 04, вз вешиванием кото рой и определяют кол ичество
сер ы во взятой н а в еске и п р о цент серы в металле .
Существуют достаточно точные и б ыстрые методы, по­
зволяющи е узнать содерж а н и е в ст али фосфор а и кремния,
а также всех других п р и месей.
С в едений о составе стали н едост аточно дл я оце нки ее
свойств ; нужно зн ать т акже стр уктуру металл а . В метал­
лургии широко п р и м е н яется т а к н азыв аемый физико-хим иче­
ский а н ализ, сущность которого в о п р еделении з ави симости
свойств металла от его сост а в а . Полученные данные н аносят
на бум агу в виде гр аф иков, н а з ы в а емых диагр а м м ам и со­
стоян и я. Н а п р и м е р , можно сост авить диагр а м м у п л а вкости
сплавов железа с угл еродом , кото р а я покажет, как м е н я ется
темпер атур а пл авления металла в з а в исимости от содерж а ­
н и я в нем углерода. На т а к о й диагр а м м е н а основ ании
о п ытных данных можно в ыделить о б ласти темпер атур и со­
ста в а , в котор ых могут существовать т е и л и ин ы е вещества
ил и и х м одификации, н а п р и м е р Fe3C, альф а- или г а м м а ­
железо и т. д .
Когда т а к а я ди а гр ам м а сост авлен а , по н е й легко можно
п р оследит� какие изменения прои сходят в металле при его
охл аждении и какими в з а и м н ы м и переход а м и связаны р аз22 1

л ич н ы е вещест в а , входящие в структуру металл а . Физико­
х и мическнй а н ал и з , создателем которого был з н а м ен итый
р усский уче н ы й Н . С . Кур н а ков, шир око испол ьзуется для
изучения свойств спл авов.
М ы уже говор и л и , что чем меньше и ко м п а ктнее зерна
внутр енней структур ы металл а , тем выше его п рочность.
Внутр еннюю кристаллическую стр уктур у м е т а л л а изучают,
н а п р и м е р , под м и кр оскоп о м . Для этого п о в е р х ность о бр азца
полируют и на полученный шлиф действуют р аз л и ч н ы м и хи­
м ически м и веществ а м и (так н а з ы в а е мое т р а в л е н и е ) .
Если металл неоднороден, то р аз н ы е его сост авные ч а сти
по-разному будут р азрушаться п р и т р а в л е н и и , а это обнару­
жится при м и кр оскопическом исследо в а н и и . Понятно, дл я
т а ких м еталлогр а ф ических исследо в а н и й нужен специальный
микроскоп , р а бот а ю щи й в отр аженном свете, т ак к а к металл
непрозр ачен . Ценные данные позволяет получ ить и р е нтгено­
гр а ф ический м етод и сследов а н и я .
Б е з точных н аучных м етодов исследо в а н и я мет аллов,
сплавов и и х свойств было б ы немыслимо получение м ате­
р и алов с нуж н ы м и , з а р а нее з ад а н н ы м и свойств а м и .
О Т МАРТЕНА К ГОТОВОЙ П РОДУК ЦИ И

В е р немся снова в м а ртеновский цех. П л а в к а з а кончен а ,
в м а р тене осл е п ителыно сияет р а сплавленный м еталл . Л або­
р атор н ы й а н а л и з показ ал, что сталь з ада нного сост а в а го­
тов а . Кажется, м ожно облегченно в здохнуть : дол гий и труд­
н ы й путь желез а от р уды до готового металла з а кончен.
Н о н е тут-то было! Готовую сталь р азлив ают в изложницы
и оставляют дл я охлаждения .
Что происходит п р и этом ?
Стал ь п р и охл аждении уменьш а ется в объеме, «усажи­
в а ется » . В р езультате в верхней ч асти слитка о б р а зуется
у с адоч н а я р аков и н а . Ясно, что м еталл с т а кой р аковиной
« р аботать» н е м ожет, поэтому верхнюю ч асть слитка срезают
и отп р авляют в переплавку.
П р и охлажде н и и стали в изложнице к ристаллизаци я ме­
талла происходит нер а в номерно, слиток получ а ется н еодно­
родны м : возле стенок изложницы кристалл ы пол у ч а ются
м елкие , а в бол е е глубоких слоях, где охл ажде н и е проис222

ходит медленнее, зер н а м ет ал л а б ы в ают более крупным и.
Чтобы устр а н ить н еоднородность и улучшить м е х а нические
свойства металл а , сл итки п р иходится дополнительно о б р а­
батывать, обжим ать.
Н а гр етые до 1 1 00- 1 200 гр адусов слитки поступ ают н а
б л ю м и нги и сля б и н ги . Здесь р ас к аленный слиток обжимает­
ся м ежду ваш<ами, р а сстояние м ежду кото р ым и п остепе нн о
уменьшается . Металл слитка п р и этом уплотняетс я, п е р е­
меш и в а ется. Специальное п р и способлен и е перемещает сл и­
ток, перевор ачив а ет его с боку н а б о к. В конце концов слиток
в ыходит из «Железных объяти й » блюминга в в иде б р у с а квад­
р атного сечения, котор ый р аз р е з а ется н а отдельные куски б л ю м ы. Н а слябингах одн а п а р а обжимных в а лков устан ов­
л е н а вертикально, д ругая - горизонтально . Поскольку д и а­
м етр в ал ков для каждой п а р ы свой, то слиток н а слябинге
пр евр а щ а ется не в брус, а в пл астину, которую р азrез ают
н а сл я б ы .
Как м ы види м , п р ежде чем отпр а в ить стал ь н а дальней­
шую о б р а б отку, пр иходится в ыполнить последов ательно две
о п е р а ции - р азливку и охл ажде н и е стали в изложницах и
з атем обр а бот к у слитков в обжимных цехах.
А нельзя л и объединить к а к и м -то образом эти две опе­
р ац и и ? Оказывается , можно.
В н ашей стр ане уже р аботают установки для непрерыв­
ной р азливки стали . Здесь сталь з аливается в кристаллиза­
тор - и з ложницу с двой н ы м и стен к а м и, м ежду которыми
цир кул и р ует охл аждающая вода. П роходит несколько м и нут,
и н ар ужн ый слой стали з атвердев ает . После этого специаль­
ный механизм вытягивает слиток и з кристаллиз ато р а вниз.
С в ерху поступ ают новые порции р а спл авленного металла,
кото р ы е д а в я т н а р а сположенные ниже с л о и и н е дают о б ­
р азов аться усадочной р а ковине . Т а к и м образом, получ аетс н
н ечто похожее н а один дли н н ы й слиток. Пока п е р в ы е порции
стали доходят до кон ц а систем ы , м ет алл полностью затвер­
дев а ет. Полученный слиток однор оден , р езко уменьшаются
отходы . Из уста новки после р аз р е з а н и я слитка в ыходят уже
готовые блюмы.
В н а ш е время н аучн а я м ысль и пр актика металлургии
д а ют и другие способы улуч ш е н и я стр уктур ы метал л а . Н а
очер еди стопт широкое в н едрение в акуумной р азливки стал и .
223

П р и этом р астворенные в р асплавленном металле г а з ы
удаляются и структур а с т а л и улучш аетс я .
Полученные бJ1 ю м ы и сл я б ы посту п а ю т н а прокатные
стан ы. Здесь р а скаленный металл пр оходит через систему
валков р азличной фор м ы и выходит со стана в в иде проката
нужного профиля. Сталь т акже о б р а б атыв ается на р азлич­
ных стан к ах, которые и дел ают стальные изделия т а к ими,
каки ми м ы п р и в ыкли их в идеть.
«Ну, наконец-то путь железа подходит к концу ! » - ска­
ж е т е вы. Не торопитесь ! Очень ч а сто полученное издел и е еще
н е м ожет « р а б отать» .
Д а в айте посмотр им, какие требования п р едъя вляет жизнь
к изделиям из метал л а . Понятно, что эти требования очень
р азнообр азны и з а в исят от н а з н а ч ения детали и от условий
ее р або т ы.
П о ка к им свойств а м можно судить о 1< ач естве м еталл а ?
Кр итериев ка честв а несколько. В о т важнейшие и з них: твер­
дость, прочность н а р азрыв, п л астичность, упругость, ползу­
ч есть ( с пособность изм енять форму даже под влиянием не­
бол ьших, но действующих дл ительное в р е м я н агрузок) . Нако­
нец, очень важным свойством явля ется в ыносл и в ость метал­
л а , способность его выдержив ать в течение долгого в ремени
н а грузки, меняющиеся по величине и н а п р а вл е н ию . Колен ч а­
тый вал двигателя и м еет сложную фор му и р а ботает очень
н апряженно: з а один только сельскохозяйственный сезон ко­
л е нч атый в ал тр акторного двигател я повор а ч и в а ется в сред­
нем 50 миллионов р а з . Тут и металл устанет! Поэтому важно
б ы в ает оценить п р едел выносливости м етал л а - ту нагрузку,
которую детал ь может выдержив ать скол ько угодно раз, не
р а з р уш аясь.
Конечно, для р азных деталей н а первый пл а н выступ ает
тот ил и иной I<р итерий, самый гл авный среди п р очих. Ниже
мы еще будем говорить о специальных сталях, содержащих
добавки других элементов, позволяющие в шир оких пр едел ах
менять свойств а стал и . Но оказы в а ется, что и пр остые угл е­
родистые стали или чугуны могут после сп еци альной обра­
бот к и и м еть р азные свойств а п ри одном и тоы же составе.
Всем известн а з а кал к а стали, п р имер термической обр а ­
ботки металл а . С т альное издели е н а г р е вают д о темпер атуры
окол о 900 градусов. При этом структура м еталла пер естр а и­
в а ется, и в конце н агревания он п р едставляет собой смеш а н224

ные кри ст ал л ы г а м м а -железа
и к а р бида желез а Fe3C. Это
т ак называемый аустенит. З а­
тем сталь опускают в холод­
ную воду. В р езультате б ы ст­
р ого охл аждени я а у стенит р а с­
п адается, давая чрезвычайно
твердый м а ртенсит. Таким об­
р а зом сталь за калилась.
Но п р и быстром охл ажде­
нии в структуре металл а соз ­
д а л и сь в нутренние механиче­
ские н а п р яжения, увеличи в а ­
ю щие хрупкость стали. По ­
этому з а каленное издел ие нужно отпустить , н а г рев его сно­
в а , но до с р а в н ительно небольшой температуры, п р и кото­
рой структур а не менял а сь б ы , но исчезли б ы внутренние
н а г рузки. Температура отпуска з а в и сит от того , что выг о д­
нее сох ран ить в большей степени - твердость или упру­
гость. П р а ктически стальные и н струм енты, в которых нам
очень важна им енно их твердость, отпускают при 1 001 50 г р а ду сах; при изготовлении же пружин или р ессор, ко­
н е ч н о , в ажнее их упругость. Поэт ому та к ие изделия отпу­
с кают при более высокой темпер ату р е - до 250-300 гр а­
дусо в.
Тер м и ч еская о б р а ботка позволяет у п р а влять и свойств а м и
чугун а .
Таким образом, тер м и ческая обр аботка позволяет моби­
л изов ать внутренние р езервы прочности металла и , не изме­
няя его химического сост а в а , менять в ту или и ную сторону
его свойств а . Одн ако требования к металл ически м издел и я м
со стороны п ромышл енности н а столько в е л и к и и многообр аз­
н ы , что обойтись только в нутр енними р езервами нельзя . П р и­
ходится зв ать на помощь других членов обширной семьи хи­
м и ч еских элементов.
ДРУЗЬЯ и ВРд rи Ж ЕЛЕЗА

Не всегда нужно, оказывается, чтобы свойства стали были
од инаковы по всему объему изделия. Н а пр и м е р , кол еса же­
лезнодорожных в а гонов и л и шестеренки р аз л и чных м ех а низ225

мов

должны сочет ать в себе два, к а з алось б ы , пр отивополож­
ных качества - вязкость и тв ердость . П р а вда, твердой долж­
н а быть л и ш ь поверхность таких и здели й , с а м ы е внешние
C.II O И м еталл а , к оторые как р аз и подвергаются м а ксим альной
нагрузке и должны противостоять истир а н и ю .
Т а ки е изделия изготовл яют из вязкой м алоугл еродистой
стали, а з атем подв ергают их поверхность цементаци и : н а гре­
вают гото в ую деталь в присутствии угля и окиси углерода
при 900 г р адусах. В этих условиях угл е р од н а ч и нает прони­
кать в металл, но происходит это лишь с повер хности. В р е­
зультате слой металл а толщиной в 0,5-2 м и л л и м етр а стано­
вится тверды м при сохр анении вязкости в нутренних слоев
метал л а .
П р и н а г р е в а н и и стального издел ия до 500 гр адусов в при­
сутствии а м м и а r<а поверхность н асыщается азото м . П ри этш.1
о б разуется нитрид железа f e4N, вещество н астоль к о твердое,
что оно дел ает поверхность очень прочной, хотя тол щ ина этой
«брони» совсем невелика. Такой процесс н а зы в а ется азотиро­
ванием.
Б ериллиды железа, обр азующиеся п р и н а г р е в а н и и детали
в порошке бериллия, н е толь к о повышают в l ,5-2 раза проч ­
ность стали, но и з ащищают ее от окисл ения п р и высоких
темпер атур ах. П р и борировании стали ее прочность возра­
стает втрое.
Ч а сто дл я улучшения свойств стали издели я покр ы в ают
тонким слоем др угого м еталл а . Делать это м ожно р азными
путя м и .
Т а к , хромировать сталь м о ж н о электролитически м путем.
При этом толщи н а образующегося слоя хром а составляет все ­
го 0,005 милл и м етр а, но этого уже достаточно, чтобы з н а ч и ­
тельно увеличить стойкость изделия .
Н и кель можно н а нести н а сталь еще проще: для этого де ­
таль погружают в н а гретый р а створ сол ей н и кел я . Жел езо,
к а к более акти в н ы й металл, выт�няет никель, который и
осаждается н а поверхности детали . Н и келированные изделия
хорошо р аботают при повышенных тем пер атур ах.
Очень тонкие и прочные покрытия можно получить
электр оискр о в ы м м етодом. Стальное и здел и е п р исоединяют
к источнику тока, к его поверхности п риближают другой элек­
трод, сдел а н н ы й из металл а, который хотят н а нести н а сталь.
Вспыхив ает р азряд, и м ельч айшие частицы м еталла -з а щит226

н ик а н ачинаю т р а с п ыляться и оседать н а поверхности о б р а­
б атыв а емой детали . Этим методом можно н а н осить н а п о­
верхность также угл ерод и твердые с пл а в ы , п р ичем в п ослед­
нем случае прочность дета л и воз р а ст ает в десятки р аз .
До сих п о р р еч ь шл а о п о в е рхности ст альных издели й и
улучшении ее свойств элемент а м и - помощ н и к а м и жел еза.
Поисти не неисчер п аем ы м а р се н а лом р азличных ценнейших
свойств обл адают многочисл енные спл а в ы н а основе желез а.
И х обычно п р иготовляют из ковкого железа , доб а в л я я к н е­
му в м а р тенах или электропечах другие элем енты в с трого
р а ссчитанных к ол и ч еств ах.
Для введения в стал ь хрома, молибден а , в о л ь ф р а м а обыч­
но добавляют в печь н е сами эти элементы, а их спл а в ы с же­
л езом, т а к называемые ферросп л а в ы . Ф еррохром, н а п ри м ер,
содержит 60 процентов хрома, ферромол и бден - до 75 п р о­
центов Мо.
Сейчас влияние добавок в сталь тех ил и иных элементо в
достаточно хорошо изучено, поэтому ч а сто можно з а р анее
пр едвидеть, как повлияет н а свойства стали та и ли ин ая
п р и с ад к а.
Так, добав к а в сталь кремния увеличив ает ее эл астич н ость,
а м а рганца - вязкость и сопроти в л е н и е удару.
Сталь, содержащая воль ф р а м , п р и обретает необыч айную
прочность, сохр аняющуюся п р и в ысоких темпер атур ах. А это
очень в ажно, так как при в ысшшх скоростях резания м етал л а
р езец о т трения р аскаляется, и если он сдел ан и з обычной
стал и , т о теряет п р и этом свою твердо сть. Но для вольф­
р а м овой стали, которую т а к и называют - « б ы строр еж у­
щей », такое р азогревание не стр а ш н о : она по-п режнему
оста ется 'flвердой. В состав такой стали, кроме воль ф р а м а
( 4 пр оцента ) и в а н адий
( l 8 процентов) , входит х р ом
( l процент) .
Аналогично действует добавка к стали бор а . А ниобий
дел а ет сталь особенно пр игодной для изготовления эл ектро­
дов электросвар очных аппар атов : шов при этом получ ается
пр очный и чистый.
С о в м естное присутствие в стали вол ь ф ра м а , молибден а и
в а н адия обеспечивает н астолько в ысокую пр оч ность спл а в а ,
что е г о используют д л я изготовл ен и я т анковой б рони ( а так­
же для изготовления головок снарядов, пробивающих эту
броню ) .
227

О чень интересно влияние
в а н адия н а свойства стали.
Роль п р и садки при этом двоя­
ка: к а р биды в а н адия, вкл ю ­
ченные в стру к ту ру стал и п р и
плав ке, р езко увел и чивают е е
п рочность. Кр оме того, в а н а ­
д и й явл яется т а к н азываем ы м
мод и ф и к а тор о м . Что это зн а ­
чит? Дел о в том, что в ан ад и й
связывает и удаляет и з метал­
л а в виде шла к а р а створенн ы е
в стали газы - азот и к исл о­
род, поэтому сталь приобрета­
е т бол ее плотную, м ел козер н и стую стру к туру. В р езульт ате
повыша ется в ыносливость издел и й .
В к а ч естве моди ф икаторов используют т а к же элем енты
второй групп ы периодической системы - м а гний и стр онций.
Стр онций связывает серу и фосфор , та к что содержание этих
вр.едных п р и месей в ст а л и уменьш а ется в два-тр и р а з а ( с ер а )
и в десять р аз ( ф осфор ) .
Улуч ш ает к ач ество стали и добавка циркония. А хром
сообщает с т а л и высокую устойчивость п ротив корр озии. Та к ,
в состав нер ж а в еющей стали входит 1 8 п р оц ентов хрома и
9 процентов никел я . Из такой стали и з готовлены многие
ответственные детали м ашин, химической а п п а р атуры, а т а к­
же кор пуса подводных лодок. Сплав, содерж ащий 35 пр оцен­
тов никеля и 8 п р о центов х р о м а ( э л и н в ар ) , очень упруг, по­
этому он используется для изготовления р азличных пружин,
в том числе ч асовых.
Из других сплавов н а основе жел е з а упомянем еще обла­
дающий очень м а л ы м коэ ф ф и циентом р асширения спл а в
и н в а р , содерж ащий 36 процентов N i , 0 , 5 процента M n и
0 , 5 процента С . Т а к ой сплав очень нужен для изготовления
точ ных п р и б о р о в . Из него можно делать р азли ч н ы е эталоны
и кали б р ы . И н в ар может з а м ен ить гор аздо более дорогой
спл а в п л ати н ы и иридия, обл адающий теми же свойства ми.
А с пл ав , соде р ж ащий 46 п роцентов н икеля и 0 , 1 5 пр оцен­
та С, успешно з а м е няет дорогостоящую пл атину, котор ая
когда-то счита л а с ь неза менимой во всех случаях, когда нужно
было вп аять металл в стекло, - в едь у платины и у стекл а
228

о чень близкие коэфф ициенты
р асши рения. У нашего спл а ­
в а , кото рый поэтому и назы­
в а ется «платинит», такой ж е
коэ ф ф и циент р а сширения, н о
з н а ч ительно более н и з кая сто­
и м ость.
В ы в идите , как много у ж е­
леза помощников. Но и ногда
железо и его помощники, т а к
меняются местам и .
сказать,
Тог да уже ж еле з о сл ужит
в качестве добавки к другим
ы еталл а м . Так, в широко и з вестный с п л а в нихро м , п р и м еняем ый дл я и з г отовл ения сп и ­
р алей электронагревательных п р и б о р о в , ж еJJ езо вход и т в ко­
л и ч естве 16 про ц е нт ов . Основу ж е спл а ва п р е д с т а в л яют ни­
к е л ь (67,5 п р о ц ента ) и хром ( 1 5 процентов ) , к а к это видно
и и з н а з в а н и я сп л а в а .
Широко известно з а м е ч ател ьное содружество железа с бе­
тоном в жел е з обет о н н ых к онструк ц и я х . В н их сочетаются
положительные ка ч еств а того и д р у гого м атер и а J1 а и в з н ач и­
тельной степени уст р а няются те н едостатки, кото рым и обла­
дают б етон и же л е з о в отдельности.
Много у железа д р у з ей . Но ест ь у него и враги. Нельзя
н е вспомнить, что сер а и фосфор р езко ухудш ают свойс т в а
м еталл а , делая его лом к им . С п р а вед J 1 ив о с т и р ади отмети м ,
ч то небольшие кол ичества ф осфо р а в чугун е д а ж е П Qji е з н ы ,
т а к как ул учш ают л итейные к а чест в а ч угун а . В р а г а м и желе­
з а являются агрессивны е х и м и чес кие вещ е ст н а . Х юv1 и ч ески е
воздействия окруж ающей с р еды, р а з р ушающие м ет ал л , н а ­
з ывают кор р о з ией. Ко рро з и я - стр а ш н ы й б и ч техники , ведь
он а уносит ежегодно до 3 5 п р о центов всего добытого з а это
же в р е м я металл а !
Что является п р ичиной корро з и и? В воздухе всегда нахо ·
дится некотор ое к оли чество СО2, а т а кж е к ислородных сое­
д инений серы, обра з ующихс я при сгор а н и и топл и в а . Э1 0 н а­
ряду с действием влаги и кислор ода п р и в од и т к р а з р у ш е н и ю
ж е л е з н ы х кровел ь, желе з н ы х ды м о вы х т р уб и т. д. Это п р и­
м е р газовой коррозии. Такая кор р озия р а з руш ает жел ез н ы е
п р ед м еты н а хим ических п р едприятиях1 н а которых в о здух
229

содержит сл еды таких а к тивных веществ, ка к хлор истый во­
дород, о к ислы азота.
Р азум еется, в еще большей степени к орродируют стальные
трубы, по к отор ы м на химичес к их предприятиях транспорти­
р уются р азличные агрессивные жидкости. И з - з а этой химиче­
ской к оррозии приходится та к ие трубы дел ать из специаль­
ных м атериало в : из р азличных сплавов, и з пл астмасс и т. д .
С а м ы й жесто к ий в р а г желез а - это всем известная «без­
о б идн ая» вода. Н а ибольшее кол ичество желез а уносит именно
влажная кор розия, происходящая при к онтакте металлических
п редметов с водой или с водяными п а р а м и . С ущность ее со­
стоит в вытеснении водорода из воды железо м :

Т а к а я р е а к ция похожа н а р еакцию железа с кисл отами,
но, конечно, к ислоты, дисеоциируя в р астворах, дают з н а ч и ­
тельно больше ионов водор ода, поэтому хи м и ч еская к оррозия
идет гор аздо б ыстр ее.
I(ак и в случ а е других химичес к их р е а к ций, к оррозия бу­
дет идти б ы стрее, есл и образовавш и еся проду к ты р е а кции
связыв ать к а к и м и-либо способ ами. Понятно, что угле к ислый
газ, связывая ионы желез а , споообствует к оррозии:

Т а к ую же роль игр ает и кислород воздух а, который, свя ­
з ы в а я выделяющийся п р и кор розии в одород, способствует
ей. !(роме того, к и слор од, сни м а я водо род, з ащищаю­
щий поверхность железа (деполяр и з ация ) , т а к и м путем так­
же ус к оряет к оррозию. Н а конец, к ислород о к исл я ет двухв а­
л ентное железо до трехвалентного. Общий р езультат процес ­
сов , проте к ающих п р и влажной коррозии, м ожно выр азить
ур авнением :
4Fe + 2 Н 2О + 302
2 (Fе2Оз Н 2 О )
=

·

.

Т аким образом, ржавчина п р едставляет собой водную
окись жел е з а .
П о ч е м у же химичес к и чистое железо гор а здо устой чивее
к к оррозии, чем обычный техничес к ий металл? Это станет
понятно, есл и мы будем р ассматр и в ать кор розию как пр оцесс
электрохим и ч еск ий.
230

В с п омним, что пр и конта к те двух металлов, отл и ч ающих ся
между собой по лег к ости отда ч и в а л ентных эле к тр онов, то
есть по а к тивности , возни к ает р азность потенци ал о в , п р и ч ем
менее а к тивный м еталл становится электроотр ицат ел ьны м ,
а более а к т и вный - эл е ктроположител ь н ы м . Бе л и в воде есть
хотя бы небольшое к ол ичеств о эл ектролитов, в ней обра­
зуется гальваничес к ий элем е нт: водород выдел яется н а менее
активном металле, а более а ктивный металл р а з р у ш а ется.
Чистые же м еталлы н е обр азуют гальва нических ми к роэле­
м ентов , поэтому они и устойчивее.
Одн а ко гал ь в а ничес к ий м ик роэлем ент образуют не толь к о
дв а м еталл а. Та к , пр и р ж а в л ен и и о б ы ч ной угл ер одисто й ста­
л и обр азуется гальванический ми к р оэлем ент, в котор ом ж е­
лезо служит к атодо м и потому р азрушается, а роль анода
выполняет к ар б ид железа - цементит. Гальваничес к ий ми к­
роэл ем ент может об разоват ься и в том случ а е , если н а
п оверхности металла е с ть з агрязне н и я : пы л ь , к усочк и уг­
JI Я И Т. П .

Изв естно, что для з ащиты жел е з а от коррозии и здел и е по­
кр ы в ают цин к ом ( ци нкуют) или оловом ( л удят) . П р и на р у­
ш � н и и з ащитного слоя ( ц а р а п и н ы, трещины и т. п . ) п роцес­
сы к оррозии идут по- р азному. В п ервом случ а е р азрушается
цинк - в едь он более а к тивен , чем железо, а во второ м ж елезо, та к ка к олово м ен е е активный м еталл .
По той же причи н е при нарушени и ни к елевых пок рытий
р а з р у ш ается та к же железо, а менее а к тивный ни к ел ь сохр а­
няетс я. В этом отношени и к р ас и в ы е ни к ел ированные изделия ­
« а р исто кр аты» явно п роигры ва ют п еред обычны м и , совсем
не блестящими оцин к ованными в едр а м и " .
Пос кольк у для образования гальв а ничес кого мик роэле­
м ента нужен р аствор эле ктролит а , то особенно интенсивно
идет корроз ия в соленой м орской воде, ведь в ней р а створено
много солей . Н о даже в отно сител ьно чистую дожд евую воду
и з з апыленного воздуха попадает достаточно в еществ , чтобы
обесп ечить образование гальванич & к ой пары, а з н а ч ит, и к о р ­
рози и .
Процессы коррозии, с которы м и м ы лишь коротко п о з н а­
, чрезвычайно сл ожны. Поэтому, н есмотря н а
омились
к
усилия б ольшого числ а у ченых , многое в ней еще н е в ы я с­
нено, и существующие тео р ет и ч еские п оложения н е р ед к о я в­
ляются спорн ы м и . Н о н ау к а н епрерывно развив ается , с к а ж 23 1

дым днем н а ка пл и в а ются все новые и новы е данные, кото­
рые позволяют все пр а в ильнее и точнее п р едста вить себ е
процессы, происходящие при к оррозии, и научиться упр а в­
лять и м и .
Ка к овы же средств а з ащиты от к оррозии? П р ежде всего
нуж но стр ем иться к получению однородной поверхности . П о­
л и р о в а н н ые поверхности подвержены кор розии в м и н имальной
степени, в едь н а них мало механических неодн о р одностей ,
способствующих нер а в но м ер ному окислению и о б р азованию
г а л ь в а н и ч еских микроэлементов. П о той же п р и ч и н е сл едует
о ч и щ а т ь изделия от пыли.
Т а м , где э т о воз можно, нужно п р едохр а нять металл от
п о п адания н а него влаги. Простейший способ т а к ой з а щи­
ты - смаз к а железных п р едметов м а сл а м и , слой котор ых н е
пропускает к поверхности вл агу и кислород. Ч асто изделия
из железа к р асят, или л акируют, или, к а к м ы уже г о в о рил и ,
лудят, цин к уют, н и к елируют.
Мы уже з н ак омы и с хромированием стал и . Усто йчивость
хр о м и р о в а нных изделий против к оррозии о бъясня ется тем,
что хром оч ень быстро покр ы в ается на воздухе тон ч а йшим
слоем плотной и однородной окиси Cr203, котор а я не пропу­
скает к металлу вл агу и к ислород и потому надежно па сси­
в ирует его.
К с•о жалению, о к ислы сам ого желе з а пассиви руют м ета.11 .1 ,
л и ш ь е с л и они п олучены в специальных условиях. К а к пр а­
вило же, о к исл ы н а поверхности желез а настолько рыхлы, что
не п р е п ятствуют дальнейшему ржавлению.
При длительном н агревании металлическ их издели й в кон­
центр ированном р а створе сел итры со щелочью п оверхность их
темнеет всл едстви е образования з а щитной пленки о к исл а . Т а ­
к ой п р оцесс п а сси в и р о в а н и я железа н а з ы в а ю т воронением.
О ч е нь п р очные з ащитные пле н к и п олуч аются пр и фосф атиро ­
в а н и и п оверхности фосфа'Г а м и ж елеза и м ар г а н ц а .
И зучив электрохимические процессы, п р оисходящие пр и
ржавлении, л юди н а ш л и остроумные м етоды бор ьбы с к ор­
розией. Н а п р и м е р , если у днища суд н а закр е п ить цин к овую
п л астину и соеди н ить ее с к орпусом, то, как м ы уже з н а е м ,
цинк б удет р астворяться, а стальной кор пус оста нется н е в р е ­
димым.
Упорные поис к и в еду'Гся для того, чтобы н а й'Ги в еществ а,
з а м едляющие к оррозию, отрицательные катащ1заторы кор232

роз и и ( и н г и битор ы ) . Т ак и м и веществ а м и служат, н а п р и м е р ,
хр о м а т н а т р и я и органическ ие вещества фор малин и уротро­
п и н . Проблема борьбы с коррозией п родолжает ост а в а т ь ся
в ажнейшей научной п роблемой и п р ивлекает к себе большие
н а у ч н ые силы.
а ЖЕЛЕЗНЫ Jit ВЕК 11 П РОДОЛ Ж А Е Т СЯ

Железо з н акомо человеку с глубокой древ ности, од н а ко
л ишь с р а в н ительно н едавно люди н аучились использовать не
толь к о «готовое» железо, п оп адавшее н а З емлю в виде м етео­
р итов из космоса, но и в ыпл а вл ять его из руды . В в еде­
ние изделии из жел еза в трудовую п р а ктик у людей вместо
м еди и бронзы п роизвело та к ой з н ачител ь н ы й п еревор от, что
большой период в ж и з н и чел о в еч е ства н а з в а н «железн ым
веком » .
В р е м я , в к оторое мы с в а ми ж и в е м , ча сто н а з ы в а ю т веко м
пл а стма сс, и н огда - в ек ом а л ю м и н и я , но уже р едко говорят
«век желе з а » . А н апр а сно!
Судите сами. Подсч итано, что з а в с ю историю человече­
ства Jiюди извлекли из н едр З е м ли несколько м и ллиа рдов
тонн желез а . И больш а я ч асть этого количества поста влена
на службу челове к у в течение последних ста лет.
За это время люди стали и с п ользовать много новых м ате­
р и ал ов, в том числе алю м и н и й , титан, вольфр а м , в ан адий,
пл астическ ие м а ссы и т. д. Но в то же время с к аждым годом
у в ел ич и в а ется и п роизводство желез а . Е сл и в 1 900 году во
в с е м м и р е было получено о к оло 42 миллионов тонн жел ез а ,
т о в 1 940 году - уже 1 05 миллцонов тон н. А л ет ч е р ез 7-8
такое количество железа б удет давать одн а толь к о н а ш а стр а ­
н а . В едь уже в 1 965 году семилетний пл а н предусм атр ивает
в ы пл а вку в нашей стр а н е до 91 миллиона тонн стал и .
Прогр а м м а коммунистического строительств а , пр и нятая
XX I I съездом Коммунистической п а рти и , н а м е ч а ет довести
выпла вку стали в 1 980 году до 250 миллионов тон н . Много
ли э то ? Судите с а м и : к аждую м и н уту промышлен ность будет
д а в ать о к оло 500 тонн стали - 1 00 тр а кторов в м и нуту!
Конечно, ц арство желез а суж ается с введением в техни ку
новых м атер и алов. И это з ак ономер н о : каждый м а тер и а JI
должен р а ботать с м а кси мальной пользой и м е н н о та м , где
233

это цел есоо б р а зно. В воздух железо «н е п устят» алюминие­
вые и м агние в ы е сплавы. И в к осмосе, по-видимому, железо
будет встреч аться, к а к и тысячи лет н а з ад, л иш ь в виде ме­
теорито в ; для создания к осмичес к их к ор а бл е й железо, п о­
видимому, не годится по своим свойств а м . Да и на З емле
у железа сей ч а с м ного соперни к ов : в р яде изделий его
з а м еняют алюминием и пл а стм а с с а м и . Большие п ерспективы
перед недавно освоенн ы м и м еталл а м и : тита н о м , к отор ый,
в ч а стности, гор аздо меньше боится к оррозии и потому « Ж и ­
в ет» более ст а лет; в а н адием, бериллием и други ми, - о них
б удет речь в следующей гл аве.
Но пр и всех своих неоспоримых пр е имуществах все эти
металлы имеют один важнейший н едостаток : они дороги, и
их до б ы ч а в ы р а ж а ется в цифрах, кото рые трудно ср а внивать
с тем и же циф р а м и дл я желез а , - та к , в а н адия добыва ется
с е й ч а с п р и м е р н о в 20 тысяч р аз меньше, чем жел е з а , и лишь
в 5 р аз бол ьше, чем золота. А 90 процентов всей добычи воль­
фр а м а используется для выпл а в к и ста л и н а основе желез а ,
т ак к а к и н а ч е изделия из н его были бы не п омерно дороги.
В н а стоящее время на долю желез а приходится 94 процен­
та общего к оличества используемых в техни к е металлов. Все
эта п озволяет утв ерждать, что техни к а еще долго будет р а з­
виваться по пути р азум ного сочет а н и я новых м а териалов со
ст а р ы м и испыта н н ы м металлом - железо м .

234

И люди всей нашей пл а неты хотели бы л и шь в одной о б ­
л а сти своей жизни уже сегодня пок ончить с железом и е г о
с путн и к ами р аз и н авсегд а , хотел и бы, чтобы все гр а ндиоз но е
коли чество желез а , к оторое ежегодно р асходу ется на произ­
водство оружия, было отдано в п е ре плав к у и в ер нулос ь
к людя м в в иде плугов и станк ов, т р а кто р о в и автом обилей.
С о в етс к ие люди дел ают в с е для того, чтобы это время н а ­
ступило к а к можно скорее и чтобы у по м и н а н и е о ж елезе, к а к
о гл авн ом металле в о й н ы , стало достоянием и ст о р и и . Но по­
ка та кое врем я н е н а ступило, пок а в р аги м и р а из и м п ер и али­
сти ч ес к ого л агеря н е хотят к онч ать «желез ный ве к » в отно­
на
шениях между людь м и , железо будет н аде ж но стоять
стр аже н ашего м ир н ого труда и безопасности в с ех н а р одов .
А к адеми к Ф е р с м а н п и с ал : «Будущее з а др уги м и металл а ­
м и , а же л езу будет отведено почетное м есто стар ого, з асл у­
женного, но отслужившего свое в р е м я м а т ер и ал а . Но до это­
го будущего еще дал е ко . . . Железо пока - осно в а м еталлу р ­
гии, м а ш и ностроени я , путей сообщени я , судостроения , мостов,
тр анспорт а . »
Н е л ьзя не согл аситься с эти м и слов а м и . Во вся к ом слу­
Е го В ел и чество Жел езо н а ве рня к а надолго п ереживе т
е,
ча
с а мого п оследнего к ороля н а н а ш е й пл анете.
.

.

1

А

Е С П И &Ы

НЕ &ЫПО
ЖЕП Е З А ?

Тогда произошл а бы катастрофа поистине к осмического
м а сшта б а . « . . . На ул ицах стоял б ы уж а с р азруше н и я : н и р ел ь ­
с о в , н и в агоно в , н и п а р овозов, н и автомобилей . . . не ока з ало с ь
бы, д а ж е к а м н и мостовой превр атились б ы в глинистую
тр уху, а р астения н а ч ал и бы ч ахнуть и гибнуть б ез живитель­
ного металл а .
Р азрушение ураганом прошло бы п о в с е й з емле, и гибель
человечества сдел а л ась бы неминуемой.
В прочем - челове к н е дожил бы до этого момента, ибо,
л ишившись трех г р а ммов желез а в своем теле и в к р о в и , он
бы п р е к р атил свое существов а н и е р а ньше, чем р азв ернули с ь
бы н а р исов а н н ы е события . . » - т а к п и с а л а к адемик Ф е рс­
м ан.
Если в е р н а гипотез а о существовании жел езного ядр а Зе м ­
л и , то и с чезновение жел еза о з н а ч а л о б ы г и б е л ь н а ш е й пл а ­
неты .
Понятно, что нич его подобного случиться н е может, и вся
эта к артин а н а р исов а н а А. Е . Ф ер с м аном лишь дл я того, ч то­
бы п одчер к нуть великую роль железа в н а ш ей жизни.
Но этот же вопрос м ы можем поставить и н а в п ол не реа л ь ­
ную основу. П о существу, сознател ьна я деятельность ч елове­
к а в едет к тому, что с к о нцентр и р о в а н ное в р удн ы х м есторож ­
дениях и извле к аемое для нужд промышленности жел езо
н епрерывно р а ссеив ается по лицу н а ш е й пл а н еты и б езвоз­
вр атно теряется. С т а н овится понятной тревога ученых о том,
что будет, когда истощатся богатые м есторожден и я желез а .
А их в едь не т а к у ж м ного на нашей п л а нете. Это обстоятель­
ство и позволяет н а м - на сей р аз уже в по л н е серьезно п оставить воп рос, давший н а з в а н и е н а ш ей гл а в е о м ета лл а х
сегодня шн его и з а втр а шнего дня.
.

236

Но это еще не все До сих пор р еч ь шл а о к о ли ч ест в е же­
л е з а . Однако нельзя з а б ыва ть и о более важной, к ачествен­
ной стор оне вопроса. В едь к оr да м ы говор или, н а п р и м е р ,
о спл а в а х желез а , м ы то и дело подчер к ивали: этот С' П л а в п р оч н ее обычной углеродной ст а л и , этот - более ж а ростой­
кий, а этот - легк и й и н е боится к оррозии. В се это в м есте
оз н а ч а ет, что по свой с тв а м своим они лучше ж е л е з а ил и
о б ы ч ной углеродистой ст а ли.
З н ачит, п оиск и н о вых м е т а лло в, идущих на с мену жел езу,
с nя з аны ·со все новыми и нов ы м и требованиями, к оторые тех­
н и к а п р едъя вляет к к ач еству используемых ею м атериалов.
Тр ебов а н и я э т и становятся н а столь к о ж е стки м и что л егиро­
ванные стали ч а сто уже н е могут их удовлетворить.
Для быс т ро р ежущи х стан к ов нужны р езцы более тв ерды е
и ж а р остойкие, ч е м лучшие сорта сталей. Дл я химичес к ой
п р о м ышленности нужны матер и а л ы , лучше противостоящи е
х и м и чес к ой коррозии, чем н ер ж а в еющие ст али . . . Если м ы
в с по м н и м , ч т о нержавеющая сталь пол у ч а л а сь п р и до б а в л е­
н и и к железу л егирующих м еталлов - та к и х, к ак х р ом и
никель, а быстрорежущая - вольф р а м а , то естественно будет
п о пробовать обратиться и м е нно к этим м е т алл а м , чтобы по л у
ч и т ь материалы лучшие, чем спл авы н а основе желез а.
.

,

­

ВМЕСТЕ С ЖЕЛЕЗОМ И ВМЕСТО ЖЕЛЕЗА

Элементы, о к ружающие ж ел езо в п ериодичес к ой системе:
к об альт, н икель, хром, молибден, вольф р а м , в а н ади й, - во­
шли в п ромышленность в основном бл агодаря жел езу. Мы
уже видели н а с кольк о благотвор но влияют даже небольши е
доб ав к и э т и х .элем ентов н а к ачество ст али. Вот только один
п р и м ер : е щ е в 1 907 году п олучение ж а ростой к ого с пл а в а , со­
держа щего, к роме желез а , хром и молибден , п озволило уве­
л и ч ить скорость р ез а ния металл а с 5 до 40 м етр ов в минуту.
С к ачок производительности в восемь р аз не мог не дать
«путевку в ж изнь » л егирующим эдемента м. Б ез в а н адия н е
б ыло бы автомобиля , без хрома - нержавеющих сталей.
Но с а мостоятельную, н ез а в и с имую от железа «Спе ци а л ьность»
эrn м еталл ы получили п озже
В 1 957 го ду были достигнуты скорости резания уже
в 1 500-2 ООО метров в м и нуту . Б ы с т рор ежуща я сталь н а
,

.

237

основе железа не выдер ­
ж и в а л а т а к и х скоростей :
п р и р а боте р езец н а гре­
'' ,,, ,
.
в ал с я , его п р очность рез­
.,
ко сниж а л а сь . Был и н ай­
дены новые спл а в ы теперь уже без желез а .
Т а ков победит, соде ржа­
щ и й к а р бид вольф р а м а и
кобальт. В н а ше в р е мя
уже в ы п л а вляются ста ­
содержащие до 90
л и,
п роцентов молибден а или
вольф р а м а , а спл а в , состоящий из к обальт а , никел я , хром а
и моли бден а , пр отивостоит всем кислот а м , юро м е фто р и сто во­
дородной.
Н ельзя з а б ы в ать, что каждый из л еги р ующих элементов
сам по себе более тугопл а вок, чем железо, а у в ол ь ф р а м а
н е т р а вных среди металлов : поверхность С о л н ц а и м еет те�м ­
nерату р у всето вдвое большую, ч е м нужно дл я того, что б ы
ра спл а вить этот металл. В ольф р а м п р ек р а сно куется и вытя1·и вается.
Понятно теперь, почему ему была открыта широкая до­
рога в те отр асли промышленности, где железо уже н е смогло
бы « р а ботать», н а п р и м ер , в электротехнику и р адиотехнику.
Эти отрасли потребов али новых м атер и а л о в . Тонкая воль­
ф р а м о в а я проволочка (0,0 1 -0,5 милли метр а ) с ия ет в мил­
лиардах электрических л а мпочек, в кенотр о н а х р адио а п п а р а ­
тур ы т а кж е « р а б отает» вольфр а м , из этого металл а сдел аны
J<ОНта кты большого числа ответственных п р и боров . . .
В н аш е время в с е н а з в а нные металлы стали обычными
матер и а л а м и техники . Однако с а м о стоятельно они приме­
няются неср авненно м еньше, чем в спл а в ах с железом. По­
чему же? Д а потому, что руд их меньше, содерж ан и е метал ­
лов в них невысоко, обр аботка сложнее, ч е м для ж ел е з а . Кро­
ме того, что б ы в полной м ере использовать полезные свой­
ства к аждого металл а , нуж н а очень тщател ь н а я очистка их.
Н а п р и м е р , долгое в р е м я хр·ом считал и с а м ы м тверды м , но
хрупким м еталлом. К:огда же удалось получить очень ч и стые
обр а зцы его, ок а з алось, что он достаточно п л а стичен и ко­
вок. Но такая очистка непомерно удор ожает металл. Б есспорf!I

· о

w

238

но, что по многим своим качеств а м р ассмотр енные м еталл ы
явно превосходят железо. Однако ни один из н их не мож е т
р а вняться с железом по кол ич еству з а п асов его в пр ироде.
А есть л и у желез а вообще достойн ы е соперники в этом
отношени и?
«КРЫЛдТЫЯ МЕТдЛЛ в

А л ю м и н и й не н а п р а сно н а з ы в а ю т « Крыл атым металлом'> ,
ведь д о 8 0 п р оцентов в е с а сам ол ета составл я ю г и м е н н о
ал ю м и н и й и его спл а в ы . С о в р е м ен н а я а в и а ци я - один и з
гл а в н ы х , хотя и далеко н е еди н ственный, потребитель алю­
м и н и я. .
П у т ь этого м еталл а в п росторы воздушного оке а н а б ыл
нелегким. С е й ч а с , когда л ю б ая хоз я й к а ставит н а огонь а л ю ­
миниевую кастрюлю, трудно поверить, что всего л ет 70 наз ад
английские ученые в з н а к гл убокого ува жения к Д. И . Менде­
л ееву пр еподн если ему др агоцен н ую алюминиевую вазу, отде­
л а н ную золотом . Кто бы мог в те в р е м е н а поду м ать, что полет
пер вых аэропл анов, сдел а нных из ф а н е р ы и п арусины, спустя
дв а десятилетия вызовет к жи зни целую отр асль совр еменной
пр омышленности, произ водящую алюминий и другие металлы
и л егкие спл авы. Многое тогда было трудно угадать . . И все­
т а ки н аиболее дальновидные ученые, в том числе Мендел еев.
пр едсказывали алюминию в еликое будущее.
В спомните героев н а р одных сказок ... Многие из них совер·
шали сказочные подв иги, поб еждали чудовищ, ходили «з а
тридевять земель, в т р идесятое ц а р ство», чтобы в конце кон­
цов обр ести каким-либо чудесны м обр азом «злато-серебро да
др а гоценные к а м енья». Таковы м ечты, пор ожденные тяжел ой
жиз нью в вековой нищете и гор е.
И совсем иные м ечты возникали у тех, кто в идел будущее
сч а стье людей в революционном п р еобр азовании их жиз ни.
В с помните Чернышевского" . На В се м и р ной выставке 1 855 го­
да алюминий де м онстр ировался под н аз в а н ием « сер ебро из
гл ины» в качеств е матер и а л а ю в ел и р н ы х укр ашений, а спуст я
всего несколько л ет русский р еволюционер -демокр ат, з а кл ю ­
чен ный в П етропавловскую кр епость, п и с а л о н е м к а к о ме­
т алле социализм а : « Р а н о и л и поздно алюмин ий з а менит собой
дер ево, а может быть, и к а м ень . . . В езде алюминий и алю м и.

239

ний ! » Нужно л и говорить, на сколько п р а в оказался Черны­
ш евски й !
С глины н а ч и н а ется и стория алюминия в технике. Алю ми­
ний - сост а в н а я ч а сть около 250 р азличных минералов. З ем­
н ая кор а содержит огр омные количества алюм осиликатов,
одн а ко из т а ких соединений извлечь алюм и ний чрезвычай но
т р удно. П р и рода с а м а « пошла навстречу» человеку: в р е­
зул ьтате в ы в ет р и в а н и я алюмосиликаты р а з р ушаются, давая
з алежи гл и н , содержащих 1 5-20 процентов ал ю м и ния и м о­
гущих б ыть сырьем для получения а л ю м и н и я . Недаром и м я,
пол ученное н ашим мета лло м при его « р ождении» , б ы л о «гл и­
ний», и лишь затем он получил свое общеп рин ятое название
(от л атинского н а и м енов ания кв асцов - « a l umen» ) .
Еще выше содер ж а н и е алюминия в его гл авном промыш­
л енном минер а л е - боксите. Боксит предста в л я ет собой вод­
ную окись алюминия А l 2О з хН 2О, к которой пр имешаны
окислы жел ез а и кремнезем. Итак, алю м и н и й в природе более
р аспр остр а нен, чем железо. Почему же его использование
в технике «опоздало» по ср а в нению с жеJiезом н а целые тыся­
ч елетия? В се дело в трудности выдел ения алюминия из его
руды.
Если помните, и многие руды железа п р едста вляют собой
водную окись Fе 2О з · хН 2 О . Но железо довол ьно л егко и в ог­
ромных кол ичествах получается п р и восстановлени и р уды
потому, что кислород в окисл ах железа удержива ется с р а вни­
тел ьно непрочно. Совсем иначе обстоит дел о у алюминия:
трудно найти др угой элемент, котор ый б ы т а к же «цепко»
удерживал кислород в своем окисл е.
Принято считать - и это совершенно с п р а в едливо, - что
щелочные металлы обладают с а м о й большой а ктивностью .
Но даже они н е в силах «отобрать» кислород у алюминия.
Поэтому п е р в ы й путь, который в 1 827 году п р и в ел к пол уч е ­
нию м еталл ического алюминия, был очень сложен: окись алю­
миния при н а г р е в а н и и с углем в струе хлор а п р е в р ащал а сь
в л етучий хл ор ид, который затем восст а н а в л и в ался калие м
ил и натрием. Н а с колько такой путь сложнее, че м получение
ж ел ез а !
В п оследств и и этот спо е-о б был несколько усовершенство­
в а н : ста л и подвергать электрол изу комплексное соединение
N a C I A I C l 3 . В ыделяющийся п р и этом н атрий ср азу вытеснял
а л ю м и н и й из хл орида.
·

·

240

0\ О
f l 'f
�

В то же в р е м я были сдел а н ы первые попытки получ ить
металл в эл ектр ических п е ч а х при высоких темпер атур ах.
Окончательный толчок р аз витию этого м етода был да н при­
м енением криолита N a з A I Fв . Метод оказался уда ч н ы м . Но ...
к а к б ы хорош о н ни был , он н е мог п рим еняться в ш и р о ки х
м асшт а б а х : н а вып л а в ку т о н н ы а л ю м и н и я нужно около 2 0 ты ­
с я ч киловатт-часов эл ектр оэнер гии. Ясно, что веком а л ю м и н и я
м о г стать л и ш ь в е к дешевой электроэнергии.
Но дело не только в этом : техника еще н е нуждал а с ь
в этом новом м а т е р и а л е . Поэтому в н а чале, к а к только б ы л
получен ср а в нител ьно недо рогой м еталл, он, по обр азному
вы р ажению А Е . Ф ер с м а н а , н а ч а л с того, что " . «завоевал
кухню» - л егкий, устой чивый и л егко обр а б а т ы в а е м ы й ме­
талл стал м атер и а л о м кухонной утв а р и .
Е сл и ж е говор ить всерьез, то п е р в о й предъявил а требова ­
ние н а алюминий а в и аци я . З а тем он стал теснить медь в к а ­
ч естве м а т е р и а л а дл я электр и ч еских проводов, пр и ш ел
в автомобильную п ромышле нность и м ашиностроение. Вот
несколько цифр: ч е р ез 50 лет посл е его «рождения», в 1 885 го­
ду, в год выпла влялось 1 3 тонн а л ю ми ния. Еще через 50 л ет,
в 1 935 году, его добыча в ы р о сл а до 260 тысяч тонн в год.
А в 1 957 году было получено 3,5 милл иона тонн м еталл а ,
п р о ч н о ставшего на второе м е с т о п о с л е ж ел е з а .
24 1

ЧТО Т дКОЕ ЭЛ ЕКТ Р О Н Ы !

Ш ироко р аспр остр а нены сплавы а л ю м и н и я , в которые вхо­
дит другой л егкий металл - м агний. Удельный вес его - все­
го 1 ,74; поэтому п р и м енение м агния должно еще в большей
степ ени позволить вы игр ать « битву за килогр а м м ы » .
К сожалению, м агний с а м по с е б е м а л оустой ч и в . Поэтому
в отл и ч и е от а л ю м и н и я чистый магний н е годится для инже­
н е р ного дел а . А вот спл авы магния - п р екр асный м а тер иал,
потому что п р и в есе н а 30 пр оцентов меньшем, чем у алюми­
ния, они отл и ч а ются выдающимися к а честв а м и : они прочны,
если в них п р исутствуют цинк и а л ю м и н и й , устойчивы против
кор розии, если в н их добавлен л итий или м а р г а нец. Сплавы
н а основе м а гния к а к р аз и получил и н аз в а ни е электр онов;
конечно, они н е и м еют отношения к элемен т а р ной ч а стице
того же н аз в а н ия . Магниевые спл а в ы , как и а л ю м и н и й , з а ­
щищают с е б я б р о н ей оки сл а . Дл я р а боты п р и темпер атурах
в 300-350 гр адусов м а г н ий легируют торием или р едкозе­
мельн ы м и элементами. Такие спл а в ы и спользуются в р а ке­
тостроении и скоростной а в и а ции.
В п р и р од е есть большое количество м естор ожде ний м и не­
р алов, содерж ащих м а гний. Это уже з н а комые нам м а гнезит
и доломит, обжигом которых получ ают окись м а гния. Е е
можно восста новить угл ем или кремнием п р и в ы соких темпе­
р а турах в струе водород а . При этом в ыделя ется пор ошок м а г­
н и я в ы сокой ч и стот ы . Но в н ашей стр а н е основ н а я ча сть это­
го металла ( к а к и а л ю м и н и я ) в ы р а б аты в а ет с я эл ектр олизом
р а с пл авленного хлорида м агния, полученного п р и комплексной
переработке к а р н аллита KCI MgC\2 6Н20, добы в а емого
в больших колич еств ах в Солика мске.
Совершенно н е и с ч ер п аемым источником м агния, котор ый
п р и род а н епр ер ывно пополняет, сл ужит вод а океанов, содер­
ж а щ а я , как подсчитано, 1 016 тонн этого металла. Каждый ку­
бический м етр м о р ской: в оды в виде сол ей содержат 3,5 ки­
логр а м м а м а гн и я . Ес ли доб а в ить к морской воде Са ( О Н ) 2,
о б р азуется осадок м а л о р а створ и м ых основных хлор идов маг­
н и я . Из этого осадка действием сол я ной кислоты извлекают
MgCl 2 , который после высуш и в ания поступа ет н а эл ектро­
л и з . Чтобы р а сплавленный металл не окисля л с я , над его
поверхностью п р опускают водород. Однов р е м е н но образуется
другой ценн ы й химический пр одукт - хлор.
·

242

•

Давно прошли в р е м е н а , когда м а г н и й и м ел очень огр ани­
ченное при менение ( н ап р и м е р , в к а честве «вспышки» в фото­
г р а ф ии ) . В наше время магний ши р око использ уется не толь­
ко в в иде сплавов, но и помогает м еталлур г а м получ ать мно­
гие ценные м еталл ы . И если в 1 938 году м и р овое производ­
ство м агния соста в ляло л и шь 22 тысячи тонн ( без С С СР ) , то
в 1 956 году оно выросло до 75 тысяч тонн и пр одолжает уве­
личив атьс я .
В н а шей стр ане з а семилетие втрое воз р а стет п р оизвод­
ство алюминия. А впереди новые и новые горизонты . На о ч е­
р еди стоит задача н айти методы тер м и ч еского получения алю­
миния п рямо из алюмосил икатов. О собенно выгоден этот п р о­
цесс дл я приготовления сплавов силуминов ( в едь сырье ка к
раз и содержит в м есте крем ний и алюминий ) . Т р удно н а з ы ­
в ать точные с р о к и , н о р а но ил и поздно человек овл адеет м е ­
тодом , который позволит, образно говор я , переплавлять го·
ры в алюминий . . .
МЕТАЛЛ, К О Т О РЬlй Н Е У С Т А ЕТ

С войства этого м еталл а н е могут н е привлечь в н и м а н и я :
о н т а к же л егок, к а к м агний, н о вдвое бол е е тугопл а вок, н е
корродирует до темпер атур ы в 4 0 0 гр аду сов, более упруг, ч ем
сталь. Этот м еталл - бериллий.
Е сть у бериллия и к ачеств а , по которым у н его нет сопер­
ников. П р ежде всего способность очень хорошо з а м едл я ть
бы стрые нейтроны. Э т о дел а ет его в ажным м атериалом в
конструкциях ато!lшых р е а кторов .
243

Любопытно и др угое свойство берилл и я . З вук пробегает
в воздухе 330 м етров в секунду, в воде - 1 45 метров в се­
кунду. В бериллии звук п о б и в а ет все р екорды , п р обегая в се­
кунду 1 2 500 метр о в . П р едметы, изготовленные из бер иллия ,
п р екр а сно з в учат. Интересно, что это свойство приобретают
и спл авы м ед и , содер ж а щие 0 ,5- 1 ,3 пр оцента бериллия.
Н о , р азумеется, не звонкость этих спл а в ов привлекает тех­
нику. Гор аздо в ажнее, что д о б а в к а 3-4 пр оцентов б е р иллия
к м еди дел а ет спл ав тверды м , упр уги м , а гл а в н о е - не знаю­
щим уст алости, выдерживающим м ногокр атные перемен ные
на грузк и . Т а кие спл а в ы - бериллиевые бронзы - с пособн ы
з а к ал и в аться и н е корродируют.
И еще одна з а м еч ательн а я способность : такие сп.'l авы не
И С!{рят. Кому пр иходилось н а блюдать р а боту точильного кам­
ня , тот помнит, какой в еер искр р аз б р асывают стальные
п р ед м еты при трении о точило. П р и р аботе стал ьные ин­
струменты, уда р я я с ь друг о друга и о к а м н и , тоже дают
искр ы . О б ы ч н о на них н е обращают в н и м а н и я . Но есть п р о ­
изводств а , где искр а может вызвать в з р ы в , и оши б аются т е ,
к т о дум ает, ч т о о н а о п а сн а лишь на п о р оховых скл адах . .
В ш ахте, н а нефтебазе и даже н а м ельнице ил и сахар ном з а ­
в од е - е с л и воздух содержит :м ел кую п ы л ь , н ап р и м е р
муки, - существует опа сность взр ы в а . Т а м и н ст рументы и з
бериллиевых н е и с к р я щ и х спл авов н ез а м е ни м ы .
А к а к и е пе р с п ективы в ы з ы в а ет возможность получения
спл а в о в л ития и бериллия! С оюз двух л егчайших м еталлов,
м ожет быть, п р и в едет к р ождению спл а в о в , не тонущих
в воде . . .
.

Э Л Е М Е НТ,

О ПРАВДЫВАЮЩИА СВОЕ

Н АЗ ВАНИ Е

Б ы в ает т а к : н а з овут иные р одители своего с ы н а Гением,
а дочь Идеей , а в ы р астают из н их самые что н и н а есть обык­
новенные л юд и , б ыть может, даже не слишком умные и без
особых идей.
Нехорошо? К онечно.
Мет алл, о котором сейчас пойдет р ечь, б ыл впервые вы­
дел ен Б ер целиусо м в 1 824 году и получил ко м ногому обя­
зы в а ющее имя « Т ит а н » .
Мифологи ческие т и т а н ы с п о р ил и с бог а м и , а оди н из них,
Прометей, как р ассказ ы в а ет м и ф ология, принес людям огонь ...

244

Но что дает л юдя м
м еталл титан, достои н
л и он своего громкого
имени? Е сл и бы об
этом з а шл а речь лет
20 н а з ад, то такой во­
п р ос вызвал б ы толь­
ко улыбку: п р и меня­
л ись тогда лишь неко­
торые соединения ти­
т а н а , д а и то далеко
не н а м а гистральных
н а п р а влениях на уки и
техники. В небольших м а сшт а б а х и с·п ользовался титан в ка­
честве легирующего элемента .
П р и ч и н а такого невнима ния достаточно я с н а : без этого
металл а можно было обходиться. В химической п р о м ы шлен­
ности р а ботали нержа веющие стали, свинец и другие « о б ыч­
ные» и давно известные элементы. «Летал» тогд а а л ю м и н ий,
а л ю м и н и евые и м агниевые спл а в ы .
Н о скор ость с а молета неукл онно росл а , а когда о н а п р и ­
близилась к скорости звука, воз н и кл и трудност и . Ч т о б ы п е ­
р ейти этот «з вуковой б а р ь е р » , нуж н ы б ы л и н о в ы е м атер иа ­
л ы - л егкие, к а к а л ю м и н и й , но гор аздо бол ее прочные. Р е а к­
тивн ая а в и ация потр ебов а л а м еталлы, сочет ающие л е г кость
с жаростойкостью , нужные для изготовления р е а ктивных дви­
гател ей. Жаропрочные м а те р и ал ы техника и м ел а : вол ь ф р а ­
мовые, мол и бденовые, х р о м о в ы е ст али б ы л и в достаточ ном
кол ич естве. Но вот л егкие . . .
Тут-то и пришел ч а с тит а н а . В едь он к а к р аз сочетает вы ­
сокую точку п л а вления ( 1 725 гр адусов ) с низким у дельным
весом (окол о 4,5) . В с его в полтор а раза тяжел ее ал ю м и ния,
о н прочнее его в шесть р аз . Чтобы с р а внить прочность тита ­
на с прочностью жел ез а и а л ю м и н и я , скажем, что если дл я
удер ж а н ия н екотор ого груз а до стато чно тита новой проволоки
сечением в 1 милл и м етр, то ста л ь н а я долж н а быть в полтор а,
а а л ю м иниевая - в 2,6 р а з а толще.
Титан хорошо куется и подда ется другим вид а м о б р а бот­
к и . О н обл адает з а м ечательной устойчивостью против
коррозии. П р ежде чем и спользов ать какой- н и б удь металл
в техн ике, его буквально « и стязают», подвергают жесточ а й 245

ш и м испытан и я м : р азрыв ают н а части, дробят, «в арят» в ки­
сл отах и щел о ч а х , подв ергают чудовищны м нагруз к а м ... Ти­
т а н успешно п р ошел «огонь и воду». П л а стин ка из тита на ,
помеще н н а я в морскую в оду, з а l O лет ( ср ок , за который от
т а кой же жел езной п ластинки осталось б ы одно воспомина­
н и е ) совершенно н е и зм енилась. В обычной в о де титан ко р­
р одирует л ишь п р и темпер атур ах около 8 0 0 гр адусов. Н а воз­
духе титан устой чив до 600 гр адусов. При дальней шем н а ­
гр ев а нии он з ащищается, обра зуя пленку окисл а . Но п р и
очень в ы сокой темпер атур е металл н а ч и н а ет поглощать г а ­
зы - к и сло р од, а з о т - и соединяться с серой и углеродом.
Эт а особенность титана является, вообще гов о р я , его не­
достап<ом. Н о именно она положила н а ч а л о использованию
т ит а н а в металлур ги и : добавляя титан .в сталь, з аставили его
связыв ать р а створ енные в ней газы и тем ул учшать ее струк­
туру. Между прочим, м ы теперь в иди м , что почти все новые
металлы н а ч и н а л и свою « р а боту» в технике в сою з е с желе­
зом и л ишь потом в ыходили н а с а м остоя -гельный путь . . .
И т а к , п р и в ысоких темпер атурах т и т а н поглощает газы.
Одновр еменно он становится тверже, но уменьшается его
п л а стичность.
В еликол е п н ы свойств а спл авов тит а н а с н а ш и м и старыми
з н а к о м ы м и - мол ибденом, хромом, вольфр а м о м , в а н адием и с новыми
металл а м и - цирконием, ниоби е м , т а нталом.
Спл ав титан а , содер ж а щий 5 п роцентов хрома и 3 пр оцента
а л ю м и н и я , вдвое п р очнее и в полтор а р а з а л егче нержавею­
щей стали. П р и 500 гр адусах прочность его в ы ше, чем у не­
р ж а в ею щей стали при комнатной темпер атур е. Соединяясь
с угл ер одо м , тит а н образует очень твердый к а рбид, исполь­
з о в а н и е которого в р езцах позволяет в десятки р а з увеличить
скорость резания.
Ш и рокое пр и м ен ение и м еют и другие соединения тит а н а .
В от одно из н и х - окисел Тi 02 • Это б ел а я к р а с к а и м атер и а л
д л я кер амической промышл енности. Э т о соединение - компо­
нент тугопл авких стекол и катализ атор некоторых р е а кц и й .
Только в к а ч естве б е л и л ежегодно используют д о 2 0 0 тыся ч
тонн этого в еществ а .
З ап а сы титановых р у д в п р ир оде в ел ики. Э т о титаном аг­
нетит ы , содержащие в м есте железо, титан и в а н адий, мине­
р алы ильменит (железная соль титановой кислоты FeТi03)
и рут и л Т Ю 2 .
246

Подготовка исходного сырья для производства тит а н а сво­
дится к получ ению его двушшси. Дальше Тi02 восст а н авли­
в ают угл еродом в струе хлор а , получ ая ч етыр еххлористый
тит а н :
тю2+с+2 с 1 2 = ТiС1 4 +со2.
Чтобы из этого соединения выдел ить с а м металл , дей­
с т вуют н а него мета л.r�ическим магнием, котор ы й и « з а б и ­
р а ет» хл о р , давая титан в в иде губч атой ма ссы :
Ti CJ 4+2Mg = Ti +2MgC 1 2 .
Что бы получить комп а�пный металл, эту м ассу нужно пе­
реплавить. Процесс ведут или в в а кууме, или в а тvrосф е р е
инертного г а з а - аргона, чтобы н е ухудшать свойств металла
из-за поглощения и м азота и кислорода из воздух а . И в се­
таки полученный таким о б р а з о м металл не р аскр ы в а ет всех
своих способностей из-за недостаточной чи стоты . Поэтому
п р иходится дополнительно очищать его. О собенно ч и стый ме­
талл получают йодидны м м етодом , имеющим большое з н а ­
ч е н и е в производств е н е только тита н а , но и циркония и дру­
гих новых металлов.
В ыдел енный из хлорида металл ... п р евращают в йодид. К а ­
к о й в это м смысл? А в о т какой. О б р азов авшийся п р и 3 0 0 г р а ­
дуса х TiJ.i легколетуч, поэтому он возгоняется в в а кууме. Н а
своем пути п а р ы TiJ4 в стречают р а скаленную ( 1 400 гр аду­
с о в ) проволочку из тит а н а . При такой темпер атур е йодид р аз­
л агается, д а в а я титан и йод. Чистый титан оседа ет на про­
вол о ч ке, а йод снова воз в р аща ют в п роцесс, и о н переносит
« н а своих плеч ах» следующую порцию м еталл а . Темпер атуру
возгонки р егулируют, чтобы и с п а рял ся только йодид тита н а ,
а другие йодиды оста в ались н а д н е а пп а р ата. К а к в идите,
п р оцессы сложные, требующие - в промышленных м а сшта­
бах! - п р именения в а куум а , и н е ртного газа, объемистой
а п п а р атуры, способной противостоять такому агрессору, как
хлор . " Н е уди в ительно, что если стоимость р уды п р и нять з а
един ицу, то стоимость готового чистого металла чуть л и не
в 500 р аз выше. Дорого? Да. Однако уже сегодня к титану
н е примени м а известн а я пословица : «Мал золотник, д а до­
р ог» . Дор ог пока - это верно. Н о н е м а л . Помните, каким
бур ным был рост производств а алю м и н и я ? Т а к вот, производ­
ство тита н а р а стет втрое быстрее.
Титан прочно « стал н а ноги» в совр еменной технике. Но
247

жизнь не стоит на м есте. На дор огу, в едущую из области
р едких элементов в о б л а сть о б ы чных м атериалов техники,
ста новятся новые з амечательны е м а т е р и а л ы .
НОВЫЕ М Е ТдЛЛЫ Н д С Т дРТЕ

В сем ействе тугопла вких м еталлов не посл еднее место за­
н и м ают элементы-близнецы цирконий и г а ф н и й . О б а они а н алоги тита н а , поэтому любой из в а с , даже не з н а комый до
сих пор с этими м еталл а м и , л егко поверит, что они должны
обл адать не менее з а м е ч ательными свойств а м и, чем титан.
Интер есн а и стория э т и х элементов. Цирконий был открыт
очень давно - в 1 789 году, гафний же, в сегда «сопр овожда в ­
ш и й » е г о и в п р и р оде и в л а бор атор ных препар атах, оста в а л ­
ся н е з а м еченным в течение более 1 30 лет б л а года р я чрезвы­
чайной схожести с цирконием. О причине этой схожести та к н а з ы в а емом « л а н т а ноидном сжатии» - будет сказано
ниже.
Еще л ет 20 н азад цирконий и спольз о в ал и в очень неболь­
ших кол и ч ест в а х , да и то в виде двуок и с и Zr0 2 , служившей
хорошим огнеупорным м атериалом. Мета ллический цирко­
ний использовался м ало (в качестве ценного, но слишком до­
р огого л егирующего элемента ) . К жизни этот м еталл был
вызван р аз в итием р а кетостр оения и атомной техники .
Минер а л а м и циркония являются циркон ZrSi04 и б адда­
леит Zr0 2 • В стр ечаются они в з н ачительных количествах, при­
ч е м в м есторождениях, кроме циркона и б аддалеита, ч а сто
содер жатся также р утил, ильменит, р едкоз емельные элемен­
ты и т о р и й в в ид е окислов.
З ад а ч а р а зделения их 'Н елегка . Многие м инералы, как из­
в естно, можно р азделить по удельному в есу, подбир а я такие
р а с'Гворител и , в которых одн и всплывают, други е оста ются н а
дне. Здесь этот м етод не годил ся : удельные веса комп онентов
сл ишком близки . И з учение свой ств составных ч а стей сл ож ­
ной смеси м и н е р ал о в , содержащих ц ирконий , д а л о решение
п р облемы : в се они обл адают р азны м и м агнитными свойств а­
м и. Это позволило п р именить м а гнитную сеп а р а цию.
Концентрат цирко н а , содержащий лишь небольшие кол и­
честв а п р и м е с ей, ч а стично и спользуется в кер а м и ческой п р о­
мышленности, ч а стично в качестве огнеупоров . Из него же
248

ТЕН& ц � е � о Н IЛ \1 ГА�НЮ1. . Ht: З А М Е '! М 11
ДО 1 9 Z З r о дА

выплавляют и металлический циркон и й . Темпы роста произ­
в одств а
циркониевых кон центр атов очень велики - о т
4 500 Т О Н Н в 1 940 году ДО 90 ООО тонн в 1 955 год у и 1 43 ты сяч
т о нн в 1 959 году ( без С С С Р ) . В ы п л а в к а мета л л а , составляю­
щая в 1 955 году окол о 1 ООО тонн, к 1 959 году в ы р ос л а втрое.
Металлич ес1ш й цирконий получ ают т а к : смесь циркона
с пек ают п р и 650-670 гр адусах с кремнефтористы м калием.
П р и этом в ыделяется S i 02, а Zr з а н и м ает м есто крем ния :
Zr SI 04+ K2SiF6 =2Si02+ K2ZrF6. Полученную соль р а створ яют
в воде, а з атем кристаллизуют. Эту соль можно в о сстано­
в ить металлическим н атрием или, превр атив в ZrC\4, в ыде­
лить м еталлический цирконий действием м а г н и я .
О ч и щ а ю т ц и р к о н и й , к а к и т и т а н , йодидным м етодо м . В п р о­
ч е м , оговор имся с р а з у : таким м етодом цир коний нельзя оч и­
стить от его «тени» - г а ф н и я , который н а протяжении всего
описан ного процесса сл едует з а ним.
П р и м есь г а ф ния - от 1 до 3 п р оцентов - и ногда не ме­
ш а ет использованию ци ркония. В едь если говорить об устой­
ч ивости против коррозии, то она велика у обоих « бл и з н ецов » .
Механические свойств а т а кже п р имерно один а ково хороши.
Однако в атомной промы шленности, котор ая как р аз пр едъ­
я вляет з а я в ку на цирконий и его спл ав ы , примесь г а ф н и я
сводит н а нет все з амечател ь ны е к ачеств а циркония : если
последний п р актически « п роз р ачен» для инициаторов яде р ·
ной р е акции - нейтронов, то г а ф н и й ж адно поглощ ает и х,
и ато м н а я п ромышл е н ность требует тщательного отделени я
г а ф н ия .
2 49

В настоящее в р е м я эта с л о ж н е й ш а я з а д а ч а успешно р е­
шен а на укой и техникой.
Гафний н а р яду с цир1<онием используется в р адио - и р ент­
гено гехнике и атомной п р о мышленнос"Ги , одн а 1<0 неиз м е р имо
меньше. Миров ое производство г а ф н и я в 1 9 59 году сост а в ­
ляло л и ш ь 30 тонн .
Теперь н а м пр едстоит поз н а к о миться е щ е с одной парой
«близ нецов» - с ниобием и танталом.
Исто р и я открытия ниобия очень интер есн а . Н а стоящие
ученые всегд а немного поэты. П р а в д а , в строгих р а мках
н а учных статей это увидеть трудно. Н о вот п еред нами п ис ь­
м о , н а п и с а н ное одни м з н а менитым х и м и к о м друго м у по пово­
ду открытия нового элемента, который м ы теперь называем
ниобием.
Б е р целиус - В ёлеру:
«Посылаю тебе о б р атно твой Х , котор ы й я вопрошал, 1<а к
м о г , н о от котор ого я получил уклончивые ответы. « Т ы т и ­
та н?» - спрашивал я . О н отвеч а л : «Вёлер ж е тебе сказал,
ч то я не ти'Г а Н » . Я т а кже установил это. «Ты цирконий?» «Нет, - отвечал он. - Я же р а створяюсь в соде, чего не
дел ает цирконо в а я земля». - «Ты олово? » - «Я содержу оло­
в о , но очень м ал о » . - «Ты та нтал ? » - «Я с н и м р одствен, отвечал он. - Но я постепенно р а створяюсь в едком кали и
о с аждаюсь из него желто-кор ичневым» . - « Н у что же ты
т огда за дьявольская вещь?» - спросил я. Тогда мне пока­
з алось, что он ответил : «Мне не дали имени». Между прочим,
я не вполне уверен, действительно ли я это слышал, потому
что он был с п р а в а от меня, а я очень плохо слышу на пра вое
ухо. Т ак к а к твой слух лучше моего, то я тебе шлю этого
сор в а н ц а н а з ад, чтобы учинить ему новый доп р о с . . . »
Если тантал н а ч а л входить в технику довольно давно
( именно из т а н т а л а дел али спи р а л и электро л а м почек, пока
его н е вытеснил более дешевый вольфр а м ) , то ниобий дол гое
время считали л и шь вр едной примесью к танталу. Получ ался
п а р адокс, оди н из тех, котор ы м и так богата истор ия техники :
ниобий более р а с l'I р остранен, чем тантал, а до бывали е г о
н а м ного меньше. Б ольшие кол и ч ества ниобия в ы б р асывали
в отв ал п р и добыче н е только тантала, но и олов а . Т а к были
созданы р ук а м и людей н а стоящие залежи н и обиевых руд,
кото рые впоследствии стали перер а б атывать.
Ниобий п р и в л е к в н и м а н и е лишь лет 20 н а з ад, когда выяс250

нилось обл а гор аживающее влияние небольших до б а вок его
на стали. И если в 1 936 году во всем м и р е было в сего 30 кило­
гр а м мов металл а , то производство 1 943 года достигло
1 1 00 тонн и неуклонно р астет. Подобно цирконию, для по­
лучения ниобия и т а н т а л а м ожно восст а навливать н а т р и ем
их комплексные сол и.
Можно идти и по пути, проложенному алю м и н и е м : п од­
вергать электролизу смесь 1(2 T aF7 и Т а 2 05•
Н ужно сказ ать, что, подобно титану и цирконию, ниобий
и тантал сильно поглощают газы п р и н а г р ев ании. В се эти
эл ем енты используют в к а ч естве геттер ов, н а нося их на де­
т а л и р адиол а мп . При отк а ч и в а н и и таких л а м п в а куум- насо­
сами в них все же оста ется некоторое количество газов, ме­
ш ающих р аботе. Гетте ры, поглощая эти газы, обес печи в а ю r
в л а м па х о ч е н ь высокий в а куум . Т а к, т антал п р и 800 гр аду­
сах способен поглотить 740 объемов газов !
Из-за этого свойства и из-за большой тугопл а вкости об­
р а ботку э т и х металлов ведут м етод ами порошковой м ет а л ­
л ургии: порошок их пр ессуют и с п е кают в в а кууме н и ж е тем­
пер атуры плавл ения, п р оковывают , з атем снова спекают и
подверг ают холодной о б р а ботке.
Что же определяет ценность наших м еталлов в технике?
Е ол и сказать коротко - уникальность свойств ниобия и т а н­
т а л а , особенно последнего.
Мы н е и м еем возможности даже кор отко р а ссказ ать обо
всех м ногообр азных п р и менениях ниобия и тантала и их сое­
динений ( это к а с а ется, конечно, и других м еталлов, о котор ых
шла р е ч ь ) . Поэтому отметим свой ств а , по которым наши м е­
таллы не и м еют себе р авных.
Н а в ерно, вам уже п р ожужжало в с е у ши слово «Кор ро­
зия» . Но не случ айно м ы упоминали о ней, говор я почти
о к аждом м еталле, потому что бор ь б а
с ко р р озией - одн а из в а жнейших
п роблем техники.
Металлы п о их стойкости к коррор а спол агаются
зии п р иблиз ительно
та к:
Подъем н а каждую следующую
ступеньку означает огромную победу
техник и . И н а верш и не этой л есенки
по п р аву стоит тантал. Судите с а ми :
25 1

он не боится х л о р а , н е р а створяется в кислотах , включая
«ц а р скую водку», к а к известно, потому и н а з в а нную тю<,
что п р отив нее н е может устоять даже « ц а р ь металлов» золото.
Тантал выдержив ает чудовищные испытания : при 200 гр а­
дус ах в 70- п роцентной азотной кислоте он не корродирует
вовсе, а в серной кислоте - только на 0,4 милл и м етра в год.
Совсем н е действуют н а него соляная и фосфорная кислоты
и другие агрессивные веществ а .
Н е удивительно, что з а последние 20 лет использование
тантал а в хим ическом м а ш и ностроении в ы росло в 13 раз. На
за водах по производству соляной кислоты а п п а р атур а и з т а н ­
та л а р а ботает б е з р емонта больше 20 л ет.
Ниобий менее устойчив, однако для н е которых целей он
даже более пригоден, чем т а нтал. О чень интересно, что при
ис пользовании ниобия для из готовл ения а п п а р а ту р ы и трубо­
пр оводов в пр оизводстве соляной кислоты он н е просто устой­
чив и потому хор о ш : он катализирует р е а кцию, так что вы­
ход соляной к и слоты п р и прохождении через систему увели­
ч и в а ется .
У тантала есть еще одна уникальная специальность - м е­
дицинская. Он п р екра сно «ужив а ется» с ж и в ы м и тканями,
поэтому пл а стинки из тантала прим еняются в з а м ен повр еж­
денных костей черепа, для скрепления костей п р и переломах.
В н а ш ей стр а н е созданы приборы для автом атического сши­
в а ния кровеносных сосудов. О н и могут р а ботать лишь б л а­
года р я использованию танталовых скр епок. Тонкими тантало­
в ы м и нитя м и можно сшив ать даже сухожилия и нервы . . .
Конечно, в с е н о в ы е металлы пока еще очень дорогие. По ­
этому их приходится « р аз б а влять» о б ы ч н ыми, более д еше­
выми.
В м есте с н ик ел е м , кобальтом, х р о м о м , молибденом, вол ь­
фра мом, титаном, бором, алюминием новые м еталлы д а ю т
прекрасные спл а в ы с шир о к и м выбором свойств.
Мы начали свой р азговор с того, что стал и и с кать з а м ен у
ж елезу. Н ужн а л и т а к а я з а ме н а ? Теперь м ы можем ответить
н а этот вопрос. Да, иногда такая замена н е только нео бхо ­
ди м а , но и воз можна. И каждый металл, к аждый сплав, к а ж­
д ы й новый м атер и а л может и должен н а йти себе применение.
Б удущее п р инадлежит р азумному соче т а н и ю всех м атериалов.

1

УД И В И Т Е П Ь Н О Е

C E M E I CTBO

Н а йдем в пе риодической системе элемент л а нтан. Он р а с ­
положен в ш е стом периоде, тр етьей г р у п п е и имеет пор ядко­
в ы й номер 57.
Читател ь уже п р ивык к тому, что к а ждому элементу соот­
в етствует лишь одна определ енн ая �<летка та блицы Менде­
л е е в а . Однако тепе р ь м ы сталкива емся с необычным явле­
н и е м : в одн о й - единственной кл етке л а нт а н а р а з местилось еще
четы р н адцать элементов - от цер и я с порядко в ы м но­
мером 58 до л ютеция с порядко в ы м номером 7 1 .
Почему ж е церий н ельзя пом естить в четв ертую группу,
пр а з еодим - в пятую, н еодим - в ш естую и т а к далее? Тогда
у каждого элем ента будет своя клетк а .
Мысль э т а н е оригин альн а . Дмитрий Ива нович Менделеев
пытался идти этим путем, но в с коре убедился , что подобны й
способ р аз м ещения п р отиворечит з а кону периодич ности. До�
пусти м, цер и й еще можно р а сположить в четвертой груп п е в едь он в некоторых соединениях п роя вляет в а л е нтность,
р а вн ую четы р е м , и кое в чем похож на цир коний. Н о после­
дующие элементы совсем н е н а п оминают ниобий, молиб­
ден и т. д.
Для всех з а ключенных в клетке л а нт а н а элементов ва­
лентность 3 + является основной. Следов а тельно, р а сположить
их один за другим - з н ачит н а рушить периодичность и з м е н е·
ни я свойств по группа м т а блицы Менделеева.
Поистин е удивительное сем ейство элементов поселилось
в клетке л а нт а н а . Понятие « семейство» химики в отл и ч и е от
бота ников не любят употр ебля ть. Но для х ар актеристики эле253

м ентов, о котор ы х пойдет р ечь, это н а з в а н и е как нельзя
б ол ее удобно. О ни действительно предст авляют собой нераз­
л у ч ную и дружную семью. В природе они в стр е чаю 'Гся в од­
н их и тех же м ин е р а лах и р удах, все они - м еталлы, обл а­
д ают уд и в ительно сходными химическим и свойс т в а м и и даже
н а пр актике, к а к п р а вило, используются совместно - в к а че­
с тве см е си, а не индивидуальных п р едставител е й . Другой по­
д обной к а рти н ы не в стр·етишь нигде на всем п р отяжении пе­
р иодич еской таблицы.
Уч еным потребов алось много десятилетий, ч т о б ы объ­
я снить поразительную близость свойств этих м еталлов.
Те перь элементы от церия до лютеция называют л антанои­
д а м и , то е сть л а нта ноподобными. В учебника х их р ассматри ­
в ают в м есте с л антаном. Другое имя пятнадцат и близнецов р едкоз емельные эл е м енты. Оно происход и т от стар и н ного
н азвания « р едки е земли» . « З е млями» учены е прошл о го им е­
новал и некоторы е о кислы, например оки си кальция, м агния
и б а рия. Редкоземел нные эл ементы долгое время б ы л и из­
в естны в виде окисл о в - « з емел ь » . А так к ак считал и , что
содержащие их минералы в п р ироде р аспростра нены очень
мало, « земл я м » п р и б а вили эпитет «р едки е » .
И т а к , р едки е земл и . О н и ставил и п ер ед у ч е н ы м и м а ссу
г оловоломных з а д а ч. Их и с т о рия, пожалуй, на и боле е сл ож н а я
и з а пута н н а я во в сей нео р га н ическо й х и м и и .
254

Зд r дДКд РЕДКИ Х ЗЕМЕ Л Ь

В 1 787 году л ейтенант шведской а р м ии l(арл Арр ениус,
увлекав шийся мин е р а логией, о б н аружил в з а б р ошенном
карьере близ гор одка Иттер б и неизвестный черный м инер а.1.
С п устя семь лет обр азчик находки попал в р уки изв естного
фи нского химика И о а н н а Г адол и н а . Ученый установил, что
в обр азце н а ряду с окисл а ми бериллия, кремния и железа
содержится около 38 п роцентов ок и с и н еизвестного элемента,
«новой земли». О н дал ей название « иттриевой». В 1 803 году
великий ш в едский химик Б ерцелиус в другом минер але нашел
вторую р едкую землю - «ц ериевую».
Д в а новых пр едста в ителя - иттри й и цери й - дополнил и
список эле ментов . Долгое в р е мя о н и не вызывали особого и н ­
тер е с а - вплоть до 1 839 года, когда ученик Б е рцелиуса Мо­
з андер н а ч ал обширные иссл едов а н и я этих земель.
И тут о б н а р уживаются удивительные вещи . Оказыв ается,
церий и иттр ий, котор ые считались п р осты м и тел а ми , являют­
ся с месью н ескольких эле ментов. Моз а ндер р азделя ет цер ий
н а л а нтан и диди м, иттрий - н а тербий и эрбий. В с е они
похожи друг н а друга как две капли воды . Истор ия откр ыти я
эл ем ентов еще не з н а л а п одо бного случая, и ученые н а ста·
р ожились : нет ли здесь ошибки?
Но ответить н а вопрос оказалось н епросто. Химики не
р а сполагали до статочно точными метод а м и контроля за чи­
стотой в ыделяемых земель. Н и кто из исследо­
в ателей не мог с уверен­
ностью утверждать, что
получе н н а я и м
р едкая
земля на с а мо м деле не
содержит п р и месей. Со­
мнение прочно овл адело
у м а м и , и р азр ешиться
е му было суждено л и шь
после того, к а к Бунзен и
l(ирхгоф р а з р а ботали ос­
новы и технику спек­
тр ального а н ализа.
« I<а ждый х и мический
элемент и меет свой, п р и 255

сущий только ему спектр» - это п р а в и л о , каз алось, устра ­
няло все н е п р иятности. Открытия Моз андер а получили в есо­
мое подтв ерждение. Все шесть р едких з е м ель з а воев а л и
п р а в а г р а ждан ств а .
Н о в о т н а сту п ает 1 869 год . Менделеев фор мулир ует пе­
р иодический з акон и строит свою «есте ств енную систему
эл ементов». Далеко не все гл адко в этой системе, и , в ча стно­
сти, совсем неясно, что делать с эле м е н т а м и р едких земель.
Е ще со в р е м е н Б ер целиуса они счита ются двухвалентны­
м и , и фо рмулу их окисл ов з а п и с ы в а ю т к а к МеО ; л иш ь для
цер ия, и м ею щего высшую степень окисл е н и я , допускается
существо в а н и е окиси С е304• Но во второй гр у п п е таблицы
Менделевв а нет н и одного свободного м е с т а . Р ельефно в ы р и­
совыв аются очертания гл авного «Подводного камня» периоди­
че ской системы. Стремительный поток противоречий грозит
р а збить об него саму идею периодичности и з м енения хими­
ч еских свойств элементов в за висимости от а томн ого веса.
О д н а к о Мендел еев, увер еаный в п р а в ил ьности своего от ­
крытия, выдв и г а ет смелую ги потез у : р едкие земли трехв а­
л ентны, а церий сверх того им еет в а л ентность, р а в ную четы­
рем. Это пр едположение н аходит вскоре неопровержимые
док а з а тельств а . Н а конец, Менделеев смело изменяет з а н ижен­
н ы е величины атомных в есов элементов р едких з е м ел ь - и
здесь подтверждается его п р авота. l(а жется, дело сдел ано.
Нет, только половина дел а ! Иттр и й и л а нт а н гл адко раз­
мещаются в третьей группе. Церий, будучи четырехвал ент­
ны м, н а ходит свое место в четвертой. А к а к быть с осталь ­
ными? Диди м оказывается чужаком в пятой группе, ибо он
н и сколько н е похож н а ниобий, а попытки получ ить его выс­
шую окись Di 2 05 успеха не имеют. Для эрбия и тер б и я из ­
вестно л и ш ь , что они трехвалентны, а вообще же их х и м ия
почти не изучена. Ф а ктически «Подводный к а мень» оста ется
на месте.
Но годы идут, и они приносят открытия новых элементов.
Моз андеровский диди м оказывается
на дел е смесью.
В 1 879 году Л екок де Буабодр а н извлек а ет из н его с а м а ри й ;
в 1 88 5 году Ауэр фон В ельсбах р а зделяет е г о е щ е на два со­
ста вляющих - п р а з еоди м и н еоди м. Появляются на свет
иттер бий, г адолиний, гольмий, туллий . . .
Широко р а с пр остр а ненное мнение, ч т о каждая полоса
в спектре поглощения соответствует эл е м енту,
р езульта r
-

256

некрити ч еского п реклонения п е р ед сп ектр альным а н ал изом.
И , к а r< грибы после дождя, во м н ожестве « р ождаются» новые
р едкие земли. Лишь з а восемь л ет, с 1 878 по 1 8 86 год, откры­
то около 50, п р ичем 23 из них б ы ли даны р азл ич н ы е н а з в а­
ния, а для остальных « не хв атило слов», и их обоз н а ч а л и
пр осто букв а м и с и ндекса м и .
Метко с к а з а л об этой смутной э похе в обла сти р едких з е ­
м ель ф р а н цузский хи м и к Урбэ н : « п олучилось вообра ж а емое
богатство, основ анное на том, что здесь ошибки п реобладали,
а и сти н а в н и х тонул а » .
Но утону в ш а я и с т и н а тя нул а н а д н о в с ю периодическую
с истему. Как р а з местить в ней бесчисленные новые эле менты
р едких земел ь ? Как н а основ а н и и периодического з а ко н а объ­
яснить уникальную близость и х свойств? И вообще сколько
их в сего - надоедли вых близ нецов? Быть может , поистин е
им « несть чи сл а » ?
Э т и вопросы волнов али уч еных. Одн и призыв а л и поста­
вить крест на периодич еском з а коне, другие требовали мо­
дерниза ции таблицы элементов. Р едкие земли н е помещал и с ь
н а плоскости, и появлялись всевозможные трехм е р н ы е п о ­
строения , конусы, цилиндр ы , с п и р а л и . Увы, они лишь м а с ки­
р о в а л и проблему, созд а в а ли видимость решения , но на с а м о м
дел е не р е ш а ли ее.
Одн ако р аз ведчики « редко з е мельного континента» упор но,
ш а г з а шагом пытались «извлечь» истину из тьмы оши бок.
О к а з алось, что сп ектр альный а н ализ н е так уж непогр е ш и м :
м алейшие п ри меси к элементу могут н а рушить р а с положе н и е
л и н и й в спект р а х . У р б э н в в е л м а г н етох имический м етод а н а­
л и з а , основанный н а р азнице в величинах м а гн итной вос­
п р и и м чивости р едких земель. Получение нескольких чистых
р едкоземельных м еталлов позволило лучше изучить и х хи­
мию. К 1 9 1 3 году за индивидуальные элем енты п р и з н а в а лись
л а нт а н , цер и й , пр а з еодим, неоди м , самарий, европий, гадоли­
ний , терб и й , диспрозий, голь м и й , э р б и й , туллий, иттер б и й , лю­
теци й . Но где г а р а нтия, что какой-либо из них не 01< ажется
сложн ы м ? Причина близости их свой ств остав а л а сь невы·
я с ненной .
Ч т о к а с алось места р едкоземел ь ных элементов в периоди­
ч ес1<ой системе, то м н е ния ученых р езко р а сходились. Бл иже
в сех к истине оказался в 1 90 1 году чешский химик Богусл ав
Б р аунер, друг Мендел е е в а . Б р аунер пришел к в ыводу, ч то
257

р едкоземельные элементы сл едует в ыдел ить в совершенно
особую з а м кнутую группу, которую нужно п о местить в сере­
дине п ер иодической системы, в одной большой клетке, как
продолжение четвертой группы, н ач и н а я от цер ия и кон ч а я
неизв естны м пока элементом , л ежащим н алево от тантала.
По м н е н и ю Б р а ун е р а , между цер и е м и т анталом н е могло
быть других э л е ментов, к роме р едкозе мельных.
Н о идея чеш ского химика FJ e более чем ги потез а . О н а н е
была дока з а н а , н е и м е л а строгого н а у чного о б основ ания.
И м ал о кто из у ч е н ы х п р идал ей значение: н и кто в ту п о р у
не подозр е в а л , к а к б л и зк о подошел Б р а унер к отгадке. О н н е
мог р ешить з адачу до конца, т а к к а к х и м ия оказывалась б ес­
сильной. Слово было за физикой.
О & С ТдНОВКд ПРОЯСНЯЕТСЯ

В 1 9 1 3 году молодой английский физик Мозли изучал
рентгеновские сп ектры элементов. Ему удалось установить
л ю бопытную з а кономерность: с помощью длины волны р ен т­
геновского излучения того и л и иного элемента можно опре­
делить п орядковый номер его в т а блице Менделеева. Т е м
с а м ы м м ендел еевское р а сположение элем ентов в системе было
подтверждено физикой. Периодический з акон получил новый
см ысл : в основу з ак о н а Менделеева лег порядковый номер
э л е м е нта, р а вный з а ряду .я др а его ато м а , а н е атомный вес,
как п р ежде.
После открытия Мозли стало я сно, что х и м ики в целом со ­
вершенно п р а вильно составили р яд р едкоз е м ел ьных элемен­
тов. Их оказалось четы р н адцать - от л антана до лютеция.
Кро ме того, в спи ске эле ментов было о б н а р ужено два «п р о ­
б ел а » , соответствовавших двум не открыты м еще элемента м.
Один и з них, с порядковы м номером 6 1 , р а спол агался между
неодим о м и с а м а р и е м ; другой, 72, был тем с а м ы м элементом
« н а л е в о от т а нтал а » , о котор о м говорил Б р аунер.
Н о при ч и н а близости свойств р едких з е мель оставалась
неясной, р авно к ак и их положение в пер иодической системе.
Тр ебовалось выяснить, относится л и семьдесят второй эле­
м е нт к р едкоз е м ел ь ны м или нет. И , н а конец, вызывало уди в­
ление, почему до с их пор не открыт элемент № 6 1 .
Мы н е б удем к а с аться вопроса о ш естьдесят пер в о м :
258

ШШМ. БЛИЗ О С-'I'Ъ О Б Ъ Я С Н.Я'ЕТС:Я
И Т'r::Jlf :ЖЕ П О К Р О Е!.М. ОБОЛОЧЕ!(

0ДН!1М.

у него очень сложн ая и весьм а своеобраз н а я «биогр а ф и я » ;
узн а ет о н е й и з очерка о б и скусственно получен­
ных элементах.
П режде всего нужно было выяснить п р ироду семьдесят
второго элемента. С р авной вер оятностью он мог быть а н а ­
л о г о м циркония и ч л е н о м р едкоземел ь ного семейств а . Ученым
пр едстояло уточнить, сколько ж е в сего р едкоз емельных эле·
ментов : пятнадцать или шестнадцать?
ч и т а тель

Ч Т О ЖЕ Т АКОЕ Л А Н ТАНОИДЫ !

В ер немся снова к пер иодической системе. Р а ссмот р и м ее
второй и тр етий периоды. О н и н а ч и н а ются соотв етственно со
щелочных м еталлов л ития и н атрия, з а канчив аются и нертны"
м и газами - неоном и аргоном - и состоят каждый из вось­
элем енту, меняются
м и эл ементов . Резко, от элем ент а к
в этих периодах свойств а .
С л едующие, четвертый и п я т ы й пе р иоды состоят у ж е и з
1 8 эл ементов каждый, и резкая р а з ница в свойствах п р о я в­
ля ется лишь у н а ч альных и конечных элеме н тов ; в середин е
же о н а к а к бы сгл ажи в а ется.
259

Когда Менделеев создавал свою т а блицу, он мог лишь
принять это я вление к а к ф а кт. Современное физи ческое обос­
нование периодической �истемы позволя е т дать ему в полне
оп ределенное объяснение.
Вспом н и м один из основных постул атов хи м и и : химиче ­
с к и е свойств а эл ементов з а висят от строения в нешних элек­
тронных оболочек их а томов.
В спомним далее, что согл асно теор и и Бор а з а пол нение
электронных оболочек атомов происходит не в беспорядке,
а в опр едел енной последовательности. Каждая из них обл а ­
дает опр едел енной « е мкостью» . Т а к , в ближайшей к ядру
К -оболочке могут содерж аться два электр о н а , в следующей
L - 8 , в М - 1 8 , в N - 32, в О - 50 и т. д.
На п е р в ы й взгляд может по1< а з аться, что за пол не н ие этих
оболочек происходит последов ательно : - « н асытил ась», скажем,
L-оболочка, з а пол няется до полной е м кости М-оболочка. На
дел е все обстоит сложнее, и только первые две о болоч к и,
К и L, с р а з у н а б и р ают тр ебуемое количество электронов.
Ф из ики выделяют в каждой оболочке, начиная с L, еще
и т а к н азываемые подоболочки. Они обоз н а ч а ю тся букв а­
ми s, р, d и f и тож е имеют определ е н ную
емкость. Т ак,
в s-подоболочке не
может быть больше двух элементов,
в р - ш е сти, в d - десяти и в f - четы р н адцати.
Н а помним теперь чит ателю, к а к п р оисходит з а полнение
оболочек.
У э л е м ентов первого пер иода т а блицы Менделеева з а п ол­
ня ется К-оболочка ( 2 электр о н а ) , второго - L ( 8 электр онов ) .
В треть е м пер иоде появляются М -оболочка, н о з апол няется
она не до конца, а л и ш ь до восьми электр онов. В ч етвертом
пер иоде приходит очередь N-оболочки (у калия и кальция ) .
Но уже н а ч и н а я со скандия очер едной электр он поступа ет
в не достр оенную р анее М-оболочку. Этот п роцесс пр оходит
вплоть до цинк а , и б о М-о болочка и м е ет ем кость 1 8 электро­
нов. Поэтому у десяти элем ентов четвертого п е р иода - от
скандия до цинка - внешняя оболочка ( N) оста ется неизмен­
ной. Так к а к у них за полняется d-подоболочка оболочки М,
то эти элементы носят и н огда н а з в а н и е d -элементов (3 d-эле­
менты, так как з аполняется тр етья оболочк а) . Аналогично
в пятом п е р иоде можем в ыделить 4 d-эл е м енты и т . д.
Здесь можно дать хор ошую иллюстр ацию того, к а к на пр о­
тяжении дл инных пер иодов та блицы Менделеева ход измене260

н ия свойств эле м ентов ста нов ится и н ы м , нежели в к о р отких
п е риодах. В коротких ( л и т и й - неон, н а 11рий - а ргон ) каж ·
ды й эл е мент довол ьно р езко отл и ч а ется от своих бл и ж айш их
соседей. Оно и понятно, так ка к внешняя эл ектр онная оболоч­
ка у эл е ментов коротких периодов непрерывно м еняется.
В дл инных же периодах, у d-эл е м ентов, внешняя оболочка
о д н а и т а же, а о ч ередные электроны посту п ают в п р едыду­
щую . О н а , ка к известно, о казы в а ет уже значительно меньш ее
вли я н и е н а х и м и чес кие свойств а . Поэтому р аз н и ца в свой­
ствах у d-элементов не такая р езка я .
Р едкоземельные элементы стоят в шестом периоде. У л а н­
тана ( № 57) очередной эл ектр он появляется в О-оболочке,
поэтому л антан - типичный d-эл е мент, а у церия (№ 58)
с л едую щи й электрон попадает даже в тр етью о т 1<р а я N- обо­
лочку, в подоболочку f, ем костью в 14 электр онов. С л едова­
тельно, ее фо р мирование з акончится у элемента с порядковы м
номером 7 1 , т о есть у лютеция ; поэтому элемент № 72 уже не
р едкозе м ел ь ный, а а н а л о г цир1<ония , и у него п р одол ж а ется
з а пол нение 5 d-подоболоч ки.
Когда был открыт эл емент гафний, оказалось, что это так
и есть.
Та к им обр азом был а р азрешена з а г адка р едких земель.
Б лизость их свойств объясня ется один аковостью строения
двух внешних оболочек атомов, именно тех, кото р ы е ока ­
з ы в а ю т реша ющее вл ия н и е н а х и м и ч еские свойств а . Поэто­
му их р а з мещают в таблице Менделеева в тр етьей группе
(а н е в ч етвертой, к ак п р едпол агал Б р аунер ) , в клетке л а н ­
тана.
В н и м ательный ч итатель, н а в ерное, з а м етил , что , н а ч а в
р а зговор о р едкоземельных э л е ментах с иттриевой земли , м ы
в да льнейшем не упо:оJин а л и об иттрии. О н н е входит в р ед­
коземельное с емейств о в сов ременном его пон и м а н и и , но по
св о и м свойств а м похож н а его членов бл агода р я близкой ве­
л и ч и н е атомного радиуса; в ч а стности, в п р и р оде он встр е ­
ча ется в одних рудах и минер а л а х с р едкоземел ь н ы м и эле­
м ента м и .
Р а з у ж мы вспомнил и о р едкозе мельных р уд а х и м и н ер а ­
л а х, то поста раемся с а м и у бедиться, такими л и редки м и я в­
л яются 15 эл ементов периодич еской системы , как с читалось
в теч ение долгого в р е м ени.
261

Действител ьно, на первых порах были известны л ишь еди
н и ч н ы е м и н ер алы, и это д а в ало ученым основ а н и е с пол н ы м
п р а в ом употр еблять тер м и н « р едкие з е м л и » . Но в н а ч а л е н а ­
ш его стол етия количество о б н а руженных р едкоз емел ьных м и ­
нералов исчислялось уже нескольки м и десятка м и . В двадца­
тых годах величины кл а рков ( в ел ичины р а сп ростр а н енностей
х и мических эле ментов ) были пересмотрены сов етски ми уче­
н ы м и В. И . В ер н адски м и А Е. Ф ер с м а н о м и немецким
В. М. Гольдшм идтом . Этот пер есмотр оказался для р едких
з е м ел ь по и стине р еволюционн ы м . Ц и ф р ы р ас простр а ненно­
стей элем·ентов пока з а л и , что л а нтаноидов в земной к ор е
в 2 р аз а больше, ч е м олов а, в 1 0 р аз больше, чем свинца,
в 320 больше , чем сурьмы, в 1 600
больше, чем сер е б р а ,
в 2 5 0 0 б о л ь ш е , чем ртути, в 3 2 0 0 р а з больше, чем золот а .
А ведь все э т и эл ементы изд а в н а ш и р око изв естны.
С ей ч а с известно почти 250 минералов, содержащих л а нт а ­
ноиды, и э т а циф р а , коне чно, далеко н е п р едел .
Я с н о, что слово « р едкие» неприложимо для л а нтана и его
спутников. П р а вильнее говорить о них как об элементах
с р едней р а сп р остр а ненности. Л а нта ноиды, кр о м е прометия,
о б н а ружены в спект р а х Солнца и многих звезд, причем и н о­
гда в весь м а з н ачительных кол ичеств ах. С одер ж атся р едкозе­
мельные м еталлы и в м етеоритах.
·

262

СВО Е Н РАВНЫЕ

ЧЛЕН Ы ДРУЖНОА

СЕМЬИ

Свойства л а нта ноидов на п ервый взгл яд не п р едст а вляют
н и ч е г о особенного; вся их у н и кал ьность - в их близости .
Ред коземельны е элементы все тр ехвал ентны , все металлы.
И х гидроо киси - довольно сил ь ные основа ния, сил а которых
постепенно убы в а ет от л ан т а н а к лютецию из- з а уме н ь ш ения
и онных р адиусов с р о стом з аряда ядр а.
В самом дел е, схемати ч ески гидроо киси р ед коземельн ы х
эл ем е нтов можно изобр азить н а р и су н ке следую щим о б разом:

Ч ер ный кр у жок в центр е - э т о и о н р едкоземель н ого м е ­
талл а Ме 3+ ; большие кружки - ионы кислород а ; м а л еньк и е
белые кружки со з н аком - и о н ы водород а . Когд а р адиу с
М е 3+ у меньшается, то тем с а м ы м ка к бы увеличив ается е г о
з а р яд ( всл едствие р о ста за р яда ядр а ) . Поэтому силы п р и тя­
жен и я между р едкоз емельным ионо м и ионом ки сл оро д а п о
ряду л а нтаноидов увел и ч и ва ются. Пр итяжение м ежду О и Н
оста ется постоянны м . З н а чит, чем больше з аряд ядр а р едко­
зе мел ьного элемента, тем труднее от его гидроо ки си отщеп и ть
г идроксильную группу О Н -.
Чтобы р аздел ить р едкоземель н ые элементы на составля ю ­
щие, требую тся поистине героические усил и я . М етодов р а з д е­
л ения м ного, но гл а в н ы м обра зом о ни сводятся к использ о­
в а нию р азличной ос н овности м еталлов и л и р а створи мости их
однои менных солей. Н а получение к акого- н и будь п р еп а р а т а
в чистом в иде з атр ачив аются и н огда дол гие м есяцы, а в с я
с у ть р а боты, н а п р и мер в способе дробной кр и сталл из а ц ии ,
состоит в многокр атном повтор ении однотипных опер а ци й .
В на ш и дни по я вились новые м етоды р а здел ения.
263

Это ионообменная хром атография, основ а н н а я н а п ри ­
м ен е н и и специальных смол - катионитов и а н и онитов.
Это использ о в а н и е аном альных валентностей р едкоземель­
ных эл е менто в, в а л ентностей, отл и чных от трех.
Д а в но з а церием п р и з н а в а л а с ь способность д а в ать четы­
р ехвалентные соедин ени я : это считалось в порядке вещей.
С течением времени некоторые другие л а нтаноиды т а кже
показали, что не хотят вс егда быть одноо бразно трехвал ент­
н ы м и . П р а зеоди м и тер бий стали подр ажать церию. У с а м а ­
р и я , европия и и ттер бия о б н а ружилось двухвал ентное со­
стоя ние.
Объяснить неожиданные отклонения оказалось н е т а к-1'0
п р о сто. И с н а ч а л а химики пытались использов ать это я в л е­
н и е н а п р а ктике. Свойств а ланта ноидов в четырех и л и двух в а ­
л ентном состоянии довольно резко отл и чаются о т обычного
трехвал ентного. Появилась м ы сл ь п р и менить та кое р азличие
в с войств ах для р а зделения р едкоз емельных элементов . Те­
перь на этом основано несколько э ф ф ективных способов вы­
дел ения отдел ьных металлов.
Р азгадку а н о м а л ь н ы м в ал ентностя м дал н е м ецки й х и мик
В. Кле м м . Он предположил, что 4f-оболочка з аполняется
в два п р и е м а , от L a до Gd и от ТЬ до Lu,
словом, она к ак
бы и м еет два подур овня по семь электронов. Структу ры
ионов L a з+ и Lu 3 + , Gd з + я вляются особенно прочными,
и ионы других л а нт а ноидов как бы стр емятся приобрести та­
кие структур ы . Пр азеодим и тербий пытаются достичь их
путем с б р а сы в а н и я еще одного, свер х трех, эл ектрона; са­
марий, европий и иттер бий, н аоборот, стар аются попридер­
жать в ал е нтны е электроны. В обоих слу ч а я х р езультатом ока­
з ы в а ется появл ение а ном альной в а л ен11ности.
-

СНОВА С В О Е О 6 Рд Э И Е

..•

Н а В семирной выстав ке 1 900 года в П а р иже демонстри ­
ровались в н: ачестве экспонатов . . . очень чистые окислы н еко­
тор ы х р едкоз е м ел ь ны х элементов. Это было крупное дости­
жени е неорганической химии.
Н о н а вопрос, где таки е окислы н аходят п р а ктическое
прим енение, услужливые гиды М О'ГЛ И дать однозначный ответ:
«Толь ко в кол п а чках газовых горел о к ! » Люди старшего пока264

л ения еще пом нят так н а з ы в а е м ы е ауэровские кол п ач к и . Не­
мецкий химик Ауэр фон В ел ь с б а х показал, что добавка всего
лишь 1 процента двуокиси церия к м а тери а л а м газокалиль­
ных кол п а чков во м ного раз повышает я р кость их свече н и я .
Мертвенный с в е т газ ового освещения б ыл первой з ар н и­
цей в обл асти п рименения р едкоземел ьных элементов. В н а ш и
д ни немногие из встр ечающих·ся в п р ироде эл е м ентов отли­
чаются столь же обшир н ы м д и а п азоном использования, как
л антан и л а нта ноиды .
Н ач ать хотя бы с м еталлургии.
Кач ество сталей и чугун а сильно з ависит от п р исутствия
кисл орода , фосфор а , азота, серы. Это в р едные п р и меси : они
увел ичив ают хрупкость и л о мкость, понижают износоустой­
чивость м еталлических издел ий. Такие примеси следует вся­
ч е с к и удалять, и тут неоценимую пом ощь оказывают р едко­
земельные элементы, кото рые в з а и м одействуют с н е м етал л а ­
м и . В н а гр етом состоянии о н и поглощают м н огие п р и меси,
тем с а м ы м з н а ч ительно улучшая качества сталей и чугунов.
Л антаноиды п р и м еняются для л егиров ания р азличных ста­
л ей и прида н и я и м м ногих ценных свойств : повышаются ков­
кость , жаропр очность и сопротивл е ние кор р озии .
Ш и р око используются р едкоземельные эл ементы, гл а в н ы м
обр азом ц е р и й , в производстве п ирофор ных спл авов. О ни п р и ­
м еняются в кремнях для з ажигалок, р азличных воспл а м еняю­
щих устрой ств ах, тр а с сир ующи х п ул я х и снарядах.
Многим известна р е акция а л ю мотер м и и - восстановление
окислов р азл ичных м еталлов с помощью алюминиев ого п о­
р о ш к а . Цер и й и его спутники - еще более энергичные вос­
становител и , чем алюминий. Откр ы в аются интересные перс­
пекти в ы получения достаточно ч и стых ниобия, циркония, ко­
б а л ьта, никеля , хр о м а , м а р ганц а , иттр ия, вольфр а м а , ур а н а
м етода м и л а нта ноидотер м и и .
Р едкоз емельные элементы р езко ул у чшают к а ч ества р аз­
л ичных металлов и спл ав ов. Так, м агниев ые спл а в ы п р и
в с е х с в о и х достоинствах и м ею т один существенный н едоста­
т ок: м огут « р а ботать» п ри темпе р атур ах не в ы ш е 1 50 гра ­
дусов. Добавки цер и я , н еоди м а и п р а з еодим а повыш ают
темпер атур ный пр едел на целых 1 00 гр адусов .
В сего л и ш ь 0 , 2 процента церия з н а чител ьно улучш ают ме­
х а н и ческие свойств а м еди. В в еден ие 2 процентов р едкозе­
мельных м еталлов в никел евые и кобальтовые спл а в ы павы265

ш ает их жаропроч ность и сопроти в л е н и е окислению п р и вы­
соких температур ах.
С пл а в м агния с гадол и н и е м отл и ч а ется уникальн ы м и
м а гнитны м и х а р а ктеристика м и . О н очень л е гко и с и ль н о н а ­
магничивается.
Н ез а м ен и м ы м и помощника м и стали р едкоз емельные эл е­
м енты и в химической промышленности. О н и п р и м еняются
как катализаторы или п р омоторы (добавки к к атализато­
р а м , ул учшающие их действи е ) .
Окись пр азеодим а способствует окислению а м м и а к а пр и
низких тем пер атур ах. П р и сутств и е ионов церия ускоряеr
электр охимическое окисление а нилин а в хинон. Сульфюы
многих л антаноидов - неплохие катализ атор ы п р и окисле­
нии S 02 в S 03•
Добавки окиси л ан т а н а к катализ атору MgO+Si02 почти
вдвое увел и ч и вают выход ценного окт а н а при крекинге га­
зойля .
Р едкоземельные элементы п р и м еняются д л я производства
л аков и кр а сок, гл а в н ы м образом к р а сок п о ф а р фору. Окислы
и соединения л а нтаноидов п р идают им р а з нообр азнейшие
цветовые оттенки . Не1{0торые соли цер ия в м алых кол и ч ест­
вах способствуют быстрому высыханию л а ков и сохр а н ению
проз р а чности на дл ительный пер иод.
О б р а щ а я сь к производству стекол , кер а м и ческих и а б р а ­
зивных м а тер и а л о в , м ы с н о в а станови м ся св идетел я м и актив­
ного проникновения р едкоземельных элементов .
Многие бесцветны е промышленные стекл а обл адают низ­
содержа нием
ки м светопропусканием. Это объя сня ется
266

в

стекл е гл а в н ы м образом соединений двухвалентного :жел е­
за . Между тем стоит л иш ь пер евести железо в трехвалент­
ную форму, как проз р а ч ность возр астает в 10 р аз . Двуокись
церия является сильным окислител е м . Добавки ее к стеколь­
ной м ассе обеспечивают пе реход большей ча сти железа
в «б есцветное»
состояние. Стекл а, содержащие не более
1 процента Се02, обладают способностью не терять п р озр ач­
ности при длительном солнечном освещении и при действ и и
р ентгеновского и р адиоактив ного изл учений. Та кие стекл а
н а ходят важное применение в изготовлении з ащитных
прозрачных блоков в ядер ной технике.
С т е кла с доб а в к а м и р едких зе мел ь обладают хорошей
способ ностью поглощать ультр а ф иол етовые лучи.
Боросиликатные стекл а , содержащие La203, и м еют очень
высокие показатели п р ел о м л е н и я .
И нтересны попытки создания стекол н а о с н о в е системы
оки слов Li20-La203- Si0 2 , то есть н е содержащих обычных
щелочноземельных м етал лов. Такие стекл а обл адают высо­
кой стойкостью и хорошей электропр оводностью.
Кер а мика - в ней тоже н а ш л и использование р едкозе­
м ельные элем енты. Сул ь ф ид церия п р и меняется для изго­
товления с п ециальных тиглей, выдержив ающих темпер атуру
до 1 800 гр адусов.
С м есь окислов л а нтан оидов п р едставляет собой вел и ко­
лепный а б р азивный матер и а л для полировки стекл а и н азы­
в а ется пол и ритом. П олирит обладает полирующей способ­
ностью в два р а з а большей, чем даже л учшие из известных
р а нее подобных м атер иалов. К р о м е того, п р и м енение пол и­
р и т а з н ач ительно увел ичив ает скорость полировки.
Эл ектротехника, р адиотехника, электроника !
И здесь р едкоз емельные эл ементы почувств о в а л и се б я
« к а к дом а » . Фтор иды церия и с п ользуются для изготовления
эл ектродов дуговых л а м п и прожекторов. Стоит доб а в и т ь
к нихромовой проволоке б ы т о в ы х н а r�ревательных приборов
с о в с е м немного р едкоземел ь н ы х металлов, как с р о к ее служ­
бы зн а ч ител ьно удл иняетс я . В электронных л а м п а х л а нта­
ноиды прекр а сные геттеры - поглотител и газов. В ездесуща я
окись церия в смеси с окисью титана - великолепный
диэлектрик, а в сочет а н и и с окисью стронция и спользуется
дл я
пр игото вл ения новых, так н аз ы ваемых р адиокер а м и ч е ­
ских м атери алов.
267

Р едкоземельные элементы « н а хо р ошем с чету» в текстиль ­
ной и кожевенной промышленности. С ол и ц е р и я нужны для
окраски кожи, как протр а в а для а л и з а риновых кр асител ей.
С ол и л а н т а ноидов придают водон епроницаемость текстиль­
ны м издел и я м и техническим тканям и дел а ю т их стойки м и
к воздействию р а створов и п а р о в кислот.
Н аконец, в сельском хозяйстве соли н екоторых р едкоз е­
мельных элементов п р и меняются для борьбы с в р едн ы м и н а­
секо м ы м и и к а к м икроудобрения.
Доброе слово о л а нт а ноидах скажут и вр ач и. Известно
м ного л ек а р ств, содержащих р едкоземельные элементы и
п р и м еняющихся для лечения туберкул ез а , экз е м ы , ревм атиз­
м а . Н екоторые р едкозе мел ь н ы е со.11 и п р епятствуют свертыва­
н ию крови, что дел а ет их цен н ы м и для ее консервации.
В се это дал еко не полный перечень добрых дел, кото­
р ы е « в е р ш ат» р едкоз емельные элементы.
Но м ы н е много продолжим его. Пусть эти сферы п р и м е­
нения л а н т а ноидов еще не вышли из стен л а боратории, н о
они весьм а интересны .
Мы и меем в виду уникальные м агнитные свойства редко­
земельных э л е ментов, особенно диспр озия. Мы п р едл а г а е м
в н и м а н и ю читателя довольно обычные ныне с о л и - сульфат
или хл орид гадол и н ия. Эти соединения, оказыва етс я , можно
испол ьзов ать дл я ... получения свер хнизких температур. Сол и
гадол иния очень сильно п а р а м агнитны. Е с л и их поместить
в изол и р о в а н н о е простр анство, н а полненное гелием, и подвести м а гнитное поле, то о н и н а греваются.
Гел и й поглощает тепло и откачив ается,
ма гнитное поле отключ а ется . Теп ерь
с о л ь охл а жда ется до т е м п е р а туры н и же
н а ч альной. Цикл повторя ется много р а з.
Так может быть дости г нут а температур а ,
очень близкая к а б солютно м у нулю.
Н а конец, р азвитие ядерной техн ики
откр ыло л а нтаноида м новые о б л а сти ис­
пользования. С а м а р и й , европий и гадо­
л и н и й отл и ч а ются весь м а высокой спо­
собностью к поглощению нейтронов и
поэто му используются как м а т е р и а л ы
р е гул ирующих стержней в ядерных р е­
а ктор ах.

1

liПАГОРОДН ЫЕ
МЕТАП П Ы

В богатом и р азнообр а з н о м ц а р с т в е м еталлов есть одна
з а м е чател ь н а я плеяда, с которой тесно связ а н а не тол ько
история х и м и и , но и вся история человечеств а . П р едст авите­
ли этой пл еяды р асположены в двух отдел ьных груп п а х п е­
р иодической систе м ы элементов Д . И . Мендел еев а : первой и
восьмой. Дистанция, к а к в идно, огромного р аз м ер а : в едь
п р и н адл ежность к р аз н ы м груп п а м свидетел ьствует о р аз ­
л и ч и и в кор енных хими ческих свойствах. И все-т а ки н аши
металлы уди вительно сходны - в се они я вляются благо­
родными .
ЦАРЬ М Е ТАЛЛОВ

С нез а п а мятных в р ем е н п р итяги в ал а человеческий взор
р едкая к расота этого еди н ст венного в своем р оде м етал л а .
Е г о л учез арный б л е с к н евольно п р и водил н а п амять ж ар кое
сияние сол н ц а . Н едаром алхимики приписывали ему м агиче­
скую в з а и мосвязь с н а ш и м днев н ы м светил о м . От л а тинско­
го н аз в а н и я солнечного м ет а л л а «Aurum» происходит имя
«Ав р о р а » , означ ающее « з а р я » .
Б езусловн о, л юди ц е н я т золото н е только за кр а соту. По­
п р о буйте сыскать другой м еталл, стол ь ж е ковкий и тягу­
ч ий. Умение выдел ы вать из золота ч р ез в ы ч а й н о тонкие л и­
стки было известно еще н а ши м д ал еким п р едка м . Если пом­
н ите, о нем упоминает а втор « Одиссеи» Гомер, а древне­
р и мский историк Г а й Плиний Мл адший уже довол ьно точно
сообщает, что унция ( 3 1 , l гр амм а ) золота д ает 750 кв ад­
р атных л и стов в 4 п альц а ш и риною.
269

Любопытно отметить, что золото, п е р ед тем как стать
п р едм етом р оскоши, шло н аряду с м е д ью на изготовл е н ие
оружия и дом ашней утв а р и . Археол огические р а скопки дат­
ских кургано в показали, что в д�р евности люди экономили не
на золоте, а на более р едком железе. Д а это и понятно. «Зо­
лото было в сущности п е р вым м еталлом, кото р ы й откр ыл че­
ловею>, - говорил Карл Ма ркс в своей р а боте «К критике
политич еской экон о м и и » . Лишь после того как были н а йде­
ны другие м ет ал л ы и появились спосо б ы их о б р а ботки, зо­
л ото получило в л а сть, стало сильным. И уже гор аздо позд­
нее оно в ы ступило в роли денег.
Н о только ли физи ческие свойств а способствовали превра­
щени ю золота в драгоценн ы й металл?
Если желез н а я к р ы ш а н е покр а ш е н а , о н а довольно скоро
по1<р о ется б ур ы м и пятн а м и ржавчины. Оцинкованное ве д ро
служ и т дольше, чем луженое м едное, одн ако и на нем бес­
пощадные зубы времени р ано и л и поздно оставл яют сл еды
в виде беловатого н алета окиси. То же с а м о е явление, н а з ы­
ваемое коррозией, п р оисходит с большинством металлов во
вл ажной атмосф ере. Но сколько б ы л ет н и п р олежало н а
воздухе золото, о н о н е з ар ж а в еет, н е потеря ет своего чудно­
го блеска. В теч е н и е шести стол етий я р ко гор ел н а солнце
позолочен ный купол собор а И в а н а В ел и кого в Московском
Кремл е.
З ол ото н е п р и ступно д л я окислителей н е тол ь ко п р и обыч­
ных условиях. На сильном жару, даже в р а сп л а вленном с о ­
стоя н и и, - а золо'Го п л а вится п р и тем пе р атуре 1 063 ° С ,
оно н е уступает а т а к а м кислорода .
-

270

С а м ы е агрессивные кислоты не способны н а р ушить ол и м ­
пийское спокойств и е ц а р я м еталлов. Исключение составл яет
смесь 3 ч а стей сол яной и l ч а сти азотной кислоты. О н а отно­
сительно легко р а створ яет золото и поэтому н а з ы в ается « ца р ­
ской водко й».
С р еди других р а створителей м о ж н о упомянуть тол ько две
с м е с и кислот: серной и м а р г а н цевой, серной и азотной, а т ак­
же гор ячую селеновую 1шслоту. Вот и все. Что ж е к а с а ется
щелочей, то они ни при каких обстоятельств ах не р азъедают
золото. И м е н но э т у хими ческую «л еность» подр азумевает
химик, когда н а з ыв а ет золото бла городным м ет аллом .
В е ществ а , котор ы е п р я м о в з а и м одействуют с золотом,
могут быть перечисл ены по п ал ьц а м . Д а они и н е встр е ч а ­
ются, к а к п р авило, в обыденной жизни человека. Н ап р и мер ,
галоге н ы . Когда крупинка золота поп адает в хлорную воду,
она через н екоторое в р е м я исчез ает. В ы п а р ьте р а створ до­
суха , и в ы увидите на дне ч а ш ки зеленые кристалли к и . Это
хлорное золото. Та же соль получится, есл и в б анку, з а пол­
ненную газообр а з н ы м хлор о м , в н ести тонкий золотой л и сто­
чек. И хотя золото без т руд а соединяется в п р и сутствии в л а ­
ги с элем е н т а р н ы м и хлор о м , б р о м о м и йодом , е г о е щ е л егче
в ыделить из обр азовавшихся сол е й . Скл я н к а с р а створом
хлорного золота при стоя н и и н а свету через н е которое в р е мя
покр ы в а ется изнутр и тонким н ал етом др агоценного м еталла.
Процесс ускоряется доб а в л е нием в осстановител я , скажем
железного купоро са . Зол ото тотч ас ж е н ачнет в ы п адать в ви-

JI lli R И! O И,М О Ж Е Т ьsr-rъ , no �tOМjl !IЛА.ГО.РОДНСI "

271

де тем н о - бурого порошка. Посл е п рокали в а н и я порошко­
обр азное золото обр етет свой первонача л ь н ы й цвет.
Е ще легче соединяется золото со р тутью. Стоит тол ы<а
к а п ел ьке р тути поп асть на золотую вещь, как на блестящей
желтой поверхности тут же появится тускл о е серое пятно.
Это а м ал ь г а м а - спл ав золота со ртутью.
Добыча золота облегча ется тем, что из-за своей химиче­
ской инертности оно встр ечается на З ем л е , к а к п р авило,
только в с а м ородном состоя нии. Нередко поп адаются само­
р одки в есом в десятки килогр ам мов. З олото есть и в мор­
ской воде, но уж е в в иде сол е й . Каждые 20 тонн воды в п о ­
л я рных м о р я х содержат окол о l м ил лигр а м м а золо т а . Если
разделить в с е золото, содерж а щееся в Мировом оке а н е , по­
ровну м ежду жител я м и н ашей пл а неты, т о н а каждого при­
дется по 35 т о н н ! В м икроскопических количеств ах золото
о б н а р ужено т а кж е в тканях и крови живых организмов.
Таким о б р а з о м , золото р ассеяно в земной коре и морской
воде. З олотые за лежи Земли еще дал еко н е исчер п а н ы , хотя
человек на пр отяжении тысячелетий п о крупинке собрал це­
л ые горы золота. Куда оно идет? Неужели тол ько лежит
ме р твым гр узом в виде сокровищ и л и служит м а тер иалом
дл я изготовле н и я укр а ш е ний ? Р а з в е н е существует иных пу­
тей его применения?
В наши д н и золото успешно п р именяется в медицине,
особенно в зубов р а чебной технике. Соединения золота повы­
ш а ют з а щитные свойств а организ м а , и этим пользуются при
лечении туберкулез а . Р адио а ктивные изотоп ы золота прихо­
дят н а помощь в р ачу в борьбе со злокачеств е н н ы м и опухо­
л я м и мозга.
Металлическое золото - с а м ы й м ягкий из б л а городных
металлов. Это и его плюс и м инус. Оно очень легко сти р а ет­
ся. Н ап р имер , во времен а , когда и м ел а хождение золотая
монет а, каждые сто л ет пропадало около одной пятой др а ­
гоценного м е т а л л а вследстви е истир а н и я и утр а т ы . Э т о по­
будило л юдей б р ать не ч истое золото, а его спл а в ы с р а з ­
л и ч н ы м и м еталл а м и .
Пр и м есь п остороннего металл а в з о л о т е н аз ы в ается лига­
тур о й , а содер ж а н и е золота в l ООО ч а стей спл а в а - п робой.
Если в спл а в е не более 6 процентов л игатур ы , то есть проба
золота не ниже 940, золото н а з ы в а ется ч е р в о н н ым . О бычно
в качестве л игатуры берут м едь, иногда · серебро, пл атину
272

и други е м е талл ы . В та ком виде золото идет н а изготовле ни е
химической а п п а р атуры, п р и ме ня ется в электротех н ю{е.
Специалисты, з а н и м а ющиеся п р и готовлением золотых
сплавов, р а ссказыв а ют, что ж ид1ше золото п р едставляет н е ­
обыкновенно впечатл яющую к а р т и н у . В ы в идите п е р ед собой
ослепител ь н о я р 1{ую ж идкост ь , испускающую ка кие-то стр а н ­
н ы е зеленоватые л у ч и с с и н и м оттен ком. Н ад поверхностью
р аспл а в а подн и м а ется п р из р а чная зеленов а т а я дымка это п а р ы золота . Зловещи й б л еск трудно в ыдержать и м ину­
ту, а м ежду тем необыч а й н а я кр асота зрелища п р и ковывает
к себе взгляд. Когда вы, н а конец, отр ы в а ете гл а з а о т р а с ­
п л а вленного металл а , у в а с п е ред гл азами повсюду стоят
ал ы е круги, будто пят н а к р о в и. Блеск и кровь - р а з в е это
не символично? Э то сл овно н а п о м и н а н и е о бесчисленных т р а ­
гических эпизодах, связ а н н ы х с м ноговековой эпопеей золота ,
царя металлов.

ЛУНН ЫМ М ЕТАЛЛ

Есл и золото в гл а за х алхимиков олицетворяло собой
Сол н це, то серебру соответствовало наше ночное светило Лун а . В своих сочинениях алхимики т а к и обоз н а ч а л и се­
ребро - тонким серпиком , з н а ком Л у н ы . Это и понятно. Хи­
м ически чистое серебро в слитках имеет кр а с и в ы й белый
ц в е т с желтов атым оттенком - точь-в -точь к а к у лунного
диска. В тонких л и стках и в п р оходящем свете оно кажется
синеватым ил и з ел еноваты м . Как видно, алхим и к а м нельз я
отказ ать в удачном выборе а н алогий, по кр айней м е р е цве­
товых, м ежду химическими и небесны м и тел ам и .
Серебро довол ьно м ягко, хотя и тверже золот а . О н о
столь же л егко куется , прокатывается и вытягивается. Тем­
п е р а тур а п л а вления у серебр а м е н ь ш е : 950 , 5°С . П р и более
высокой температу р е оно обр азует пары кр асивого з еле н о ­
го цвета и м ожет перегоняться подобно воде. Пер еходя из
ж идкого состоя ния в твердое, оно р асш иряется.
Из-за мягкости серебро в ч и стом виде н е п р и м еняется на
п р а ктике. С п л а в ы сер е б р а служат для пр иготовл ения изно­
соустойчивых м атер иалов и покрытий. С золотом серебро
спл авляется во всех пропор циях. Сплавы с м едью более
прочны, меньше стир аются, и потому только в т а ком виде
сере б р о идет на чеканку монет, медалей, з н ачков и т. п .
273

Между пр о ч и м , п р и сутств ие
м еди делает сер е б р я н ы е вещи
более звонкими.
Серебро л у ч ш е всех других
металлов проводит тепло и
электр и ческий ток. Вот почему
з начител ь н а я ч а сть сер е б р а
электропромыш­
р а сходуется
л е нностью для изготовления
1шнтактов.
По химическим свойст.в а м
серебро н а п о м и н ает золото.
Оно р а сположено в той же са­
мой первой группе периодиче­
ской системы. П одобно золоту,
серебро
одновалентно.
Оно
менее п а ссивно в химич еском
смысле, чем золото, а стал о
б ыть, и менее « бл а городно » . Серебро легко соединяется
с хлор о м , м ы шьяко м , сур ьмой и други м и элементами.
А вот с кисло родом серебро н е в з а и м одействует ни при
какой темпер атур е. Пр авд а , п р и п л а в л е н и и н а в оздухе оно
поглощает з н а ч и тельное количеств о кислород а : до 22 куби­
ческих с а нт и м етров на каждый м иллилитр р а спл а в а . Одн а­
ко п р и з а ст ы в а н и и р аспл а в а кислород снова покида ет м е­
талл . Происходит л ю бопытное явление, н а помин ающее из­
вержение в ул к а н ов . На поверхности з атвердев а ющего ме­
талл а обр азуется ко р к а . Н а этой корке время от времени по­
являются небольшие возв ышения , из которых, словно из
кр атер а в ул к а н а , в ыр ы в ается р аскаленный кислород, увле ­
кая з а собой б р ызги м еталл а .
Хор ошо из вестно, что т а к н а з ы в а е м а я «святая вода» ни­
когда н е теряет свежести даже п р и дл ительном стоянии. Ко­
нечно, это объясняется отнюдь н е вмешательством каких-то
«сверхъестеств енных сил » , а п р осто - н а п р осто тем, что вода
хр анится в серебряных сосудах. А се р е бро убивает микро­
орган и з м ы , п р идающие обычной стоячей в оде з а тхл ый
п р ив кус.
С водой при комнатной темпер атур е сер е б р о не в з а имо­
действует. Но р а скаленный кусочек сер е б р а , брошенный в во­
д у , вызыв ает ее р азложение. В результате р е а кции кислород
274

присоединяется к серебру, а водород выделяется в в иде
газа .
Если полученную т а к и м о б р азом окись серебр а облить
а м м и аком и ост авить на некоторое время в покое, т о ч асть
Ag20 перейдет в р аствор, а ч а сть о б р а з ует черное кристал­
лическое в е щество. Это соединение, откр ытое ф р а н цузским
химиком Бертолле, обл адает сильнейшими в з р ы в ч ат ы м и
свойств а м и . Достаточно л егкого сотр ясения, нез н а ч ительного
н агрева или п р осто п адения капли воды, чтобы п р оизошел
взрыв. Н едаром оно н а з ы в а ется «гр емуч и м » сер е б р о м .
Вообще с а м м и аком сер е б р о дает м ножество хи мических
производных. Они хорошо р аств о р и м ы в воде и относятся
к кл ассу комплексных соеди н е н и й . Если к а м м и ачному ком­
плексу серебр а п р и б а в ить н е много глюкоз ы или ф о р м а л и н а ,
то н а стенках стеклянного сосуда появится плотный блестя­
щий слой метал л а . Этим способом в н а стоящее в р е м я сере­
брят внутреннюю поверхность термосов и готовят з е р к а л а .
Р азведенные кислоты в большинстве своем н е действуют
н а серебро. З ато оно пре кр асно р а створяется в азотной ки­
слоте, обр азуя нитрат. Это вещество, известное в обиходе
п од н азв анием «ляпис», было хорошо з н а комо еще алхи м и ­
к а м . О н и н аз ы в а л и е г о «лунными кристалл а м и » , « адским
к а м н е м » и т. д. Последнее с в я з а н о , по-види м о м у , с действи­
ем ляписа на кожу. Попав на кожу, серебро н ач и н а ет вос­
стан авливаться до металл ического состоя ния, окисляя окру­
корич невое
ж ающие ткани. И м енно потому и о б р а зуется
пятно на то м месте,
попала
куда
соль.
Окисляющее действие
серебр а губит ин ф ек­
цию, и б л а годаря это­
му ляпис изда в н а п р и ­
менялся д л я прижи­
ган ий .
Если капнуть р аст­
вором л я п и с а в воду,
содерж а щую
хлори­
стую соль, п олучится
творожистый
белый
осадок, не р а створи­
м ы й даже в кислотах.
275

Р еакция очень чувствительн а . С ее пом ощью можно о б н а ру­
жить н ичтожные кол ичества ионов хлор а , б р о м а или йода .
П оэтому о н а и гр а ет в а жную роль в хи м и ч еском а н ализе.
Б ел ы е хлопья хлор истого серебр а п р и сто я н и и на свету тем­
неют, т а к ка к п р о и сходит р азложение соли с в ыделением
м еталли ческого сереб р а . В еще больш ей степени такими
свойств а ми о б л а да ют бр омид и йодид серебр а . Эта необыч­
ная светочувствительность используется в фотогр а ф и и для
п р и готовления э м ульсионного слоя, кото р ы й н а носят н а бу­
м а гу и п л е н ку.
ДВЕ ЗдМЕЧд Т ЕЛЬН ЫЕ ТРИАДЫ

В XV I I в еке в древнее госуд а р ство а цтеков и и нков вторг­
лись и с п а нские конкистадоры в о гл аве с Ф ерди н а ндом Кор ­
тесом . Р а схитители богатств з авое в а нной стр а н ы , р а споло­
женной на тер р итор и и н ы н ешней Кол у м б и и ( Ю ж н а я Амери­
к а ) , охотились в основном за золотом и серебром и п оэтому
были н е м ало удивл е н ы , когд а н ашли н а берегах р еки Пл ати­
но-дель -П и нто крупинки металл а , очень п охожего на сер е­
б р о , только более тяжелого. Стр а нному м е т а ллу было п р и ­
своено имя «пл ати н а » - уменьшительное о т «плата», что
по-исп ански означ ает «серебро».
Впервые в Е в р опу из Б р аз ил и и з а вез п л а т ину м атематик
д ' Уллоа в 1 735 году. 20 л ет спустя н е п онятный м еталл б ыл ,
н а конец, п р и з н а н шведским х и миком Шефером з а с а м о стоя­
тел ь н ы й хи м и ческий элемент.
Новичок удивител ьно походил на своих др евних собр ать­
ев - зол ото и сер е б р о . О н б ыл столь ж е п л а стичен , как и зо­
лото, н е хуже сере б р а проводил тепло и элект р и ческий ток.
Его удеJ1ьный вес ( 2 1 ,4 ) был еще выше, чем у золота , кото­
рое до той п о р ы слыло с а м ы м тяже.11 ы м м ет алл о м . Тугоп л а в ­
кости м ог поза видов ать с а м ц а р ь металло в : в едь темпер ату­
ра п л а в л е н и я п л а тины 1 774 гр адус а . Что же к а с а ется хи м и­
ческой сопротивляемости, то и здесь п л а т и н а удовлетворял а
всем требов а н и я м , п р едъявляемым члену « б л агородного се­
м ейств а » .
К а к и з олото, п л атина р а створяется только в «цар ской
водке». При этом о б р а зуется комплекс ная пл атинохлор исто­
водор одн а я кислот а : H2PtCl6. Уступ ает п л ати н а и атакам
т а кого химического « агрессо р а », как фтор, о б р азуя фтор и­
ды PtF2 и PtF4.
276

Не удивительно, что подоб н ы е до­
стоинств а пл атины снискал и уваже­
н ие у инженеров и ученых. Она
оказалась н е з а м енимой там, где тре­
буется высокая х и мическая и мех а н и ­
ч е ская стойкость, а т а к ж е ж а р опроч­
ность. И з платины дел ают тигли,
р еторты, котл ы , п р и меняемые в иссле­
дов ательских л а бор аториях и з а в од­
ских цехах.
Химическая п а ссивность платины н а
руку ювелир а м и сто матолог а м . Око­
л о двух третей ежегодной добычи
платины идет на из готовление укр а ­
ш е н и й и протезирование в зубовр ачеб­
н о м деле. В эл ектротехн ике она упот­
р е бл я ется д л я изготовл ения электродов измерительных п ри­
боров, спиралей для п ечей соп ротивл е н и я .
Бл агородн ая п л а т и н а в ыгодно отл и чается о т золота и
сереб р а своей недюжинной способностью ускорять химиче­
ские р е акции. Особенно з аметно проявляется э т о качество
у п л а т ины тогд а , когда она п е реводится в мелко р аздроб­
л енное состоя н и е . Тончайший порошок платины - так назы­
в ае м ая пл атинов а я чер н ь - обл адает р азв итой поверхно­
стью. Он н аносится на асб ест или другой м атер и а л , иногда
даже на с а м у пл атину. На шершавой поверхности катализа­
тор а , в его п о р ах, углубл ениях , на острых выступ ах р е акции
п р отекают гор аздо быстрее, чем в обычных условиях. Д и а п а ­
зон п р и менения п л а т ины в качестве катализатор а необыкно­
венно велик: от гигантских контактных а п п а р атов на серно­
иисл отных з а в одах до миниатюр ных п р иборч иков для дож и­
г а н и я вредных. автомобильных выхлопных газов.
Исследования сырой платины п р ивели к появлению н а
свет ее спутников - « бл изнецов». В 1 803 году были открыты
п ал л адий и родий, в 1 804 году - о с м и й и и р идий , а еще че­
рез 40 л е т - рутений, н а з в анный т а к в честь России (по­
л атыни : «Rutheni a » ) .
Рутений является первым по порядку членом «бл агород­
ной дин астии » , хотя и открыт в посл еднюю очередь. С а м а
пл а т и н а з а мыкает семейство ш r а т иноидов - так б ы л и н а ­
з в а н ы е е спутники. В с я ком п а н и я « бли знецов» в ме нделеев-

Pt

277

екай т а б л и це р азбита н а две тройки : р утений, р одий, п алл а ­
дий (тр и ад а л егких п л а тин оидов ) и о с м и й , и р идий, платина
(т ри ада тяжелых платиноидов ) . О б е тр и ады р а з мещены
в дв а этажа в восьмой группе периодической системы под
одной кр ы шей - т р и адой жел ез а .
Б о л е е позднее откр ытие рутения объясн:Яется т е м , ч т о он
самый р едкий ср еди спутников п л а т и н ы . О б н а руживший его
п р о ф ессор Дерптского университета О з а н н впоследствии
ст ал даже сомневаться в элементарной п р и р оде р утения. Од­
н а ко в 1 844 году К а рл К арлович Кл а ус, про фессор химии
К а з а нского универ ситета, доказ ал, что о з анновская смесь
действ ительно содержит новый эл емент.
Рутений - типичный п р едставитель «бл агородного се­
мейств а » . На него н е действуют никакие кисл оты, в том чи­
сл е «цар ская в одк а » . Кислород воздуха окисляет р утений
только п р и н а г р е в а н и и . Интересным соединением рутения
является его четыр ехокись Ru04. Здесь он восьмивал ентен.
Четыр ехокись рутения получ ается не б ез труд а : дл я этого
необходи мо действ и е какого-нибудь сильного окисл ител я
(хлор а , бром а , п е р м анганата кал и я ) н а р а створ ы солей ме­
т а л л а п р и н аг р е в а н и и .
«Бл изнецы» три ады л егких платиноидов п о х о ж и друг н а
друга к а к дв е к а п л и воды. Н о в м есте с т е м у каждого и з
н и х есть с в ои особенные черточки. Н а п р и м е р , соли родия,
как п р авило , отл и ч а ются р озово-кр асным цвето м . И м енно по­
тому элемент и получил свое н а з в а н и е : «радою> по-греческ и
значит «роз а » . В оста л ьном р одий родствен своим собр атьям
по тр и аде. О н очень п а ссивен химически : не р а створ яется
в к и слотах и очень с л а б о в «ца р ской водке» . В р а створимую
278

форму п е реходит л ишь п ри нагре­
вании с дымящей серной кислотой ,
а также с р асплавленны м и гидро­
суль ф а т а м и щелочей, перекисью н а ­
трия, пер екисью б а р и я . Что б ы окис­
л ить р одий н а воздухе, нужно н а ­
греть металл до тем п ер ату р ы к р а с ­
ного каления.
В мелкор аздробленном состоя­
н и и металлический р одий л егко
р а створяет газы, и с этим свя з а н ы
его каталитические свойств а .
Тр и аду л егких платиноидов з а ­
в е р ш а ет палл адий, н а з в а н ный т а к
в ч есть м алой п л а н еты П а л л ады. По способности к м е­
ханической о б р а ботке он п р евосходит не только собр ать­
ев п о три аде, но и все без исключения м еталлы пл атиновой
группы. Как и р одий, н о н а м ного интенсивнее, п ал л адий по­
глощает г аз ы : при 20 гр адусах он способен впитать в с е б я
д о 800 объемов водорода. Эта способность объясняет е г о в ы ­
сокую каталитичес1<УЮ активность. С р еди п л а тиноидов п ал­
л адий считается х и мически н а и более актив н ы м . П р и н агре­
в ан и и на воздухе он дает окислы P d 2 0 и P dO . П алл адий
р аств о р и м в «цар ской в одке» и в азотной кислоте.
Т р и аду тяжелых п л а т иноидов
откр ы в а ет осмий. Это с а м ы й тя­
ж елы й м е т а л л : у него н е п р евзой­
денный п о величине удельный
вес - 22,48. О б л адая б л а город­
н о й инертность ю, о с м и й тем не
менее л е гко р астворим в азотноИ
кислоте, особенно в дымящей.
Н а воздухе осмий постепенно
окисляется в четырехокись Os04•
Авсолюrньпi
Четырехокись - н аиболее хар ак­
Q'EMЛUOH В
терное соединение
осмия. Она
ТЯЖЕЛО.1\1
.ВЕС!;;
обл адает р езким з а п ахо м , кото­
рому м етаJJл обяз а н своим н а ­
з ва ние м ( по-гречески « о с м о » « з а п ах» ) . Четырехокись осмия
..•

279

спосо б н а возгоняться в виде почти бесцветных п розрачных
игл . Пары ее ядовиты. И нтересно, что м елко р аздробленный
осм и й вспыхивает в атмосфере серных п а ров, к а к спичка, об­
р а з уя OsS2 . П р и ком н атной темпер атуре ф т о р не действует
на осм и й ; р е а кция п ротекает только п р и н а грева н и и . П р и
э т о м получа ется с м е с ь фторидов , среди н и х OsFs.
Между осмием и п л а тиной н аходится и риди й . Его «бл а го­
родное происхождение» н е подл ежит н икакому с о м н е н и ю . О н
е щ е б ольше, чем е г о соседи по т риаде, устойчив к кислотам .
Сплавленный и р идий неп р и ступен для «цар ской водки» ;
лишь в состоя н и и тонч айшего р аздробления он м едленно
р а створяется в ней. Галоген ы , сер а и кислород взаимодей ­
ствуют с и р идием тол ько п р и температуре кр а сного каления.
Соли и р идия и м еют с а мую р а зличную окр аску, от этой пест­
р оты и п р о исходит н аз в а н и е и р иди я : «ирис» по-гр ечески «р адуг а » .
Пл ати н а и ее спут н и ки н ашли достойное п р именение
своим к а честв а м , особенно дл я обл агор ажи в а н и я спл авов.
М еждун а р одн ые эталоны м етр а и килогр а м м а сдел аны из
спл а в а пл ати н ы (90 п р оценто в ) и и р идия ( 10 процентов ) .
И р идий, отл и ч ающийся необыкновенной твердостью, идет н а
изготовление эл ектр ических контактов дл я м агнето в двига­
телях в н утреннего сгор а н и я , н а и р иди рование поверхностей
дл я п р ид а н и я и м проч ности и стойкости. Что б ы изготовить
кислотоупор ную посуду, не боящуюся даже «цар ской во д­
ки», п р ибегают к услуг ам родия. В спл а в а х же с п л атиной
он превосходны й катализ атор. Н� м енее в аж н ы м катализ ато­
ром служит п а л л ади й, дающий возможность вести химиче­
ские п р оцессы при относител ьно низких темпер атур ах и дав­
л е н и ях. Соли осмия н аходят п р и м ен ение в м инер алографии,
медици не, для о б р а ботки биологических п ре п а р атов перед
ми кроскопир ов а н и е м .
Итак, хим!-�:ческая стойкость - в о т ч т о отл и ч ает членов
«бл агородного семейств а » . В этом смысл е впол н е с р а в н и м ы
между с о б о й п л а тиноиды с одной стороны, а с другой - з о ­
лото и с е р е б р о . У в сех у них есть и другие полезные свойст­
ва, н а п р и м ер туго п л а в кость, пл а стичность, красивый в неш­
ний в ид. Н а конец, одни м из в ажнейших кач еств является
способность, особенно у н екоторых п л а т иноидов, ускорять
химические р е а кции. За все это и н азыв ают л юди н а ш и ме­
таллы др агоценн ы м и .

1

ВАВ ЕНТ Н ОСТ Ь ,
РАВ НАЯ
Н УВ Ю

В езде и всюду н а с окруж а ет атмосфер н ы й воздух. Из че­
го о н состоит? Ответ не сост авляет труд а : из 78,08 пр оцента
азота , 20,9 п р оцента кислорода, 0 ,03 п р оцента углекислого
газа, 0 , 00005 процента в одорода, окол о 0,94 процент а при­
ходится на долю так н аз ы в а е м ы х инертных газов. Последн и е
б ыли откр ыты всего л и ш ь в к о н ц е п р ошл ого столетия.
О П Ы Т КЭВЕНДИ Ш д

К концу XV I I I века были о б н а ружены м ногие из извест­
ных газов. К ним относил и с ь : кислород - газ, п оддержи­
в а ющий гор е н и е ; угл екислый газ - его м ожно б ыло легко
обн а р ужить по весьма п р и м ечательно м у свойству: он мутил
известковую воду ; и , н аконец, азот, горения не поддерживаю­
щий и н а известковую воду н е действующий. Таков был
в предст а в л е н и и хим и ков того в р е м е н и состав атмосфер ы, и
н икто, кроме известного а н гл и йского ученого лорда Кэвен­
диша, н е сом н ев а лся в этом.
И у него был повод для сомнения.
В 1 785 году о н п р одел ал довольно пр остой опыт. П ре­
жде в сего Кэвендиш удалил из воздух а углекисл ы й газ. На
ост а в шуюся смесь азота и 1шслорода он подействовал элект­
р и ч еской искрой. Азот, р е а гируя с кислородо м, давал буры е
п а р ы окислов азота , которые , р а створяясь в воде, превр аща­
л и с ь в азотную кислоту. Эта операция повторялась много­
к р атно.
Одн а ко нем ного м енее одной сотой ч асти объем а возду­
ха , взятого для опыта, остав алось неизменной . К сож ален и ю,
этот эпи зод был з абыт н а м ногие годы.
28 1

CПYCTSI С ТО ЛЕТ

Во второй половине XIX века возникла гор я ч а я пол е м и ­
ка п о поводу гипотезы Проута, утвержда вшего, ч т о атомн ы е
в е са всех элементов должны в ы р ажаться цел ы м и числ а м и ,
то есть а т о м ы и х должн ы , по мнению Проу т а , состоять и з
атомов водорода. Ч т о б ы р ешить спор, химики сочли необ­
ходим ы м точно из м е р ить атом ные веса элементов, в пер вую
очередь газов азота, кислорода и водорода.
Путь к опр едел ению атом н ы х и молекул я р н ых весов га­
зов лежал через определ ение их плотностей.
В 1 892 году а н гл ийский физик Рэлей измерял удел ьный
вес азота. 1( своему удивлению, он обнаружил, что удельный
вес азота воздуха р авен 1 ,257 г!л, а удельный вес азота и з
химических соединений : азотнокислого а м м о н и я , з акиси и
окиси азота, мочевины - только 1 ,25 1 г!л. Рэлей повторял
опыты, б р ал р азличные вещества , содерж ащие азот, но ре­
зультат был тем же с а м ы м . Шесть тысячн ых гр а м м а - вес
блохи. Но э т и шесть тысячных г р а м м а н е могли быть ошиб­
иой опыта, ибо техника изм ерений уже в т о время позволяла
оперировать с гораздо м е н ьш и м и в ел и ч и н а м и .
О с е н ь ю 1 892 года Р э л е й обр атился к ученым коллегам
с письмом. О н просил их указ ать причину о б н а р уженного
им несовп адения. О п ы т а м и Рэлея з аинтересовался англий­
ский физико-химик Р а м з а й . Он п р едположил, что причина
неодин а ковой плотности з а ключ а ется в п р и сутствии неиз­
вестного тяжелого газ а , и сообщил о б этом Рэлею.
Ученые решили в ыделить таинственный г а з , но пути к об­
на ружению его о н и в ы б р а л и р азные. Р а м з а й обр атился за
помощью к хи м и и .
В о время своих м ноголетних демонстр ационных оп ытов
он з а м етил, что м агниевые опилки поглощ ают а з от . «Магний
поможет решить з адачу», - дум ал Р а м з а й . Он поглотил ки­
слород воздух а м едью. Оставшийся азот в течение 10 дней
прогонял многокр атно через трубку с р аскаленным м а гни­
ем. Объем газа уменьшался изо дня в день, а его плотность
воз р а стал а . Через 10 дней в руках Р а м з а я б ыло 1 00 кубиче­
ских с а нтиметров нового газа с пл отностью 1 9,086.
Рэлей в своих исследованиях использовал ф и з ические
методы. О т своего др уг-а физика Дью а р а он узн а л об опытах
Кэвендиш а . Рэлей повторил опыт l(эвенди ш а , п р именив го282

р аздо более совершенную а п п а р атуру. Азот окислялся
в 50-л и тровом колокол е.
Ч е р ез н ескол ько дней Рэлей полу чил половину кубиче­
ского сантиметра неизв естного г а з а .
И т а к, н о в ы й г а з б ыл в р ук а х . 1 3 августа 1 894 года ф и ­
зи к Р э л е й и хим и к Р амзай сдел а л и п р едвар ительное сооб­
щение на съезде Б р ит а нского обществ а естествоиспытате­
лей в Оксфорде об открытии новой составной ч а сти в озду­
ха. Один физик, прослушав сообщение, спросил : «Не откр ы ­
л и л и в ы , господа, и и м е н и этого г а з а ? »
В опрос н е был п р аздн ы м . Открыть новое веществ о это еще н е все. Н адо изучить его, узн ать, соединение это или
э л е м ент. К а ков ы его х а р актер н ы е свойств а? Н а з в а н ие ведь
обычно в ы р ажает н а иболее х а р а ктерную особенность ве­
ществ а .
Р ам з а й , основыв аясь н а кинетической теор и и газов, н а­
шел , что молекул а нового га з а состоит из одного а т о м а . Сле­
довательно, если газ одноато м е н , то соединением он б ыть
не может. Новый газ б ыл элементом .

Ar

283

Мноrо усилий и в р е м е н и было з атрачено н а то, что б ы п о­
л учить соединение нового r а з а . Ero п р о б о в а л и соединить со
фтором , хлор о м , с м еталл а м и , н агр е в а л и , сжи м а л и . Газ оста­
в ался самим собо й : он н е р е а гировал н и с одн и м веществом.
И поэтому н а воп рос ученые ответили : « Г а з недеятелен,
ленив, т а к его и н а зовем». Новый газ был н аз в а н « а р гоном»,
ч т о в пер еводе с греческого озна чает «ленивый, безраз­
личный».
С НдЧдЛд Н д С ОЛН ЦЕ

Известие об откр ытии нового rаза потрясло н аучный м и р .
Им з аи нтересов али с ь и химики , и физики, и минер алоги.
В ф е в р але 1 895 года Р а м з а й получил письмо от л о ндонского
минералога Майерса, где тот сообщал об опытах американ­
с кого геолога Гиллебр анда, который кипятил в серной ки­
слоте р едкие у р а новые м ин е р а л ы и н а блюдал в ыделение г а ­
з а , п о свойст в а м с в о и м н а по м и н а вшего азот. Ч е м больше
ур а н а содержал м инер ал , тем больше в ыделялось г а з а .
Гилл ебр а нд условно п р едположил, ч т о газ является азото м.
«А м ожет б ыть, это а рго н?» - спрашивал автор письм а.
В скоре Р а м з а й посл ал своих пом ощников в л о ндонские
х и м ические м а га з и н ы з а урановым м и н е ралом клевеитом.
Было куплено 30 гр аммов клевеи т а , и в тот ж е день Р ам­
з а й со своим помощником Метьюзом извлек несколько ку­
бических сантиметров г а з а . Р ам з а й подверг этот газ спектро­
с копическому и сследов а н и ю . Он увидел я р кую желтую ли­
нию, очень похожую на линию н атрия и в то же время от­
л и ч а ющуюся от нее по своему положению в спектре. Р а м з а й
б ы л н а столько уди влен, ч т о р азобрал спектроскоп , прочи­
с т и л его, но при новом оп ыте снова о б н а ружил я р кую жел­
тую л и н и ю , н е совпадавшую с л и н ией н атрия. Р ам з а й про­
смотрел сп ектр ы всех элементов. Н а конец он вспомнил о за­
гадочн о й л ин и и в спектр е солнечной короны.
В 1 868 году во в р е м я сол н ечного затмения ф р а н цузский
исследов ател ь Ж а н сен и англичанин Локьер о б н а ружили
в спектр е сол не чных протубер анцев я р кую жел тую л и н ию,
которой н е оказалось в спектр ах земных источников света.
В 1 87 1 году Ло1<ьер высказал п р едположение, н е прин адле­
жит л и эта л иния спе1пру неизвестного н а З е м л е вещест в а .
О н н а з ы в а е т этот гипотетический э л е м е н т гелием, т о
есть «солнеч н ы м » . Но н а З е м л е он о б н а р ужен не б ы л . Ф и 284

зики и х и м и к и и м н е з а и нтер есовались: н а
Солнце, мол, совершенно другие услов ия,
т а м и водород сойдет з а гел и й .
Т а к н еужел и в его руках этот с а м ый
гелий? ! Р а м з а й почти уверен в это м , н о
он х о ч е т услышать подтверждение от и з­
вест ного сп ектроскописта I<рук с а . Р а мз а й
посыл ает ему г а з н а исследо в а н и е и пишет
о то м, что н ашел какой-то новый газ, н а ­
з в а нны й им криптоном, по-гречески озн а ­
ч ает «скр ытн ы й» . Телегр а м м а от I<р укса
гл асил а : « Криптон есть гел и й » .
ГДЕ ЖЕ О С ТАЛЬН Ы Е ГАЗ Ы !

I< 1 895 году открыли два и н ер тных газ а .
Было яс но, что между н и м и дол жен н ахо­
диться еще один газ, свойств а которого
Р а м з а й описал з а р а н ее по п р и м е р у Мен­
дел еев а . Лекок де Б у абодр а н п р едсказ а л
даже атомный в е с неоткр ытого г а з а
20,0945.
Но где же искать этот газ? Р а мз а й ис­
с л едо в а л все тел а, кото р ы е мог ли содер ­
жать газы, исследов ал даже м етео р и ты , но
н и ч его н ового н е обна ружил . Тогда Р а м з а й
с н о в а обр атился к воздуху. И неиз вестно,
о б н а р ужил б ы ученый новые инертные га­
зы , если б ы во время е г о поисков Л и нде
в Гер м а ни и и Хэмпсон в Ан гл и и не взяли
одновр еменно п атент на м а шину, сжижающую воздух.
Эта м аш и н а словно был а изобретен а специ ально для от·
к р ытия инертных газов. П р ин ци п ее действия о с н о в а н н а
из вестном физическом явлении, если сжать воздух, а з а тем
дать ему б ы стро р а сшириться , он охл адится. Охл ажденным
воздухо м охл аждают новую порцию сжатого воздух а , посту·
п ившую в м а шину, и т. д" пока воздух не п р е в р атится
в ж идкость.
В конце 1 897 года Р а м з а й от Хэ м п сона получи л 1 00 к убических сантиметров ж идкого воздуха.
-

Не

285

И с п а р и в почти весь азот и кислород, Р а м з ай ост авшийся
жидкий воздух поместил в газометр . О н дум а л н а йти там
гел ий , т а к к а к считал , что этот газ и с п а р я ется м едленнее,
чем кислород и азот. О н очистил газ в газометре от примеси
кислорода и азота и снял спектр , в котор ом о б н а р ужил две
я р ки е р анее неизвестные л и н и и .
О н и п р и н адлеж а л и е щ е неизвест н о м у г а з у , котор ы й
Р а м з а й н а з в а л псевдонимом гел и я - криптоном, т о есть
«скрытн ы м » . Далее Р ам з а й поместил
1 5 л итров а ргон а
в баллоне в жидкий воздух. Д л я того что б ы н а йт и инертный
газ, п о р а счет а м , более легкий, чем а ргон и к р иптон , Р а м ­
з а й собрал п е р в ы е порции исп а р ения аргона. Получился н о ­
в ы й спектр с я р ко-кр а с н ы м и линиями. Р а м з а й н а з вал выде­
ленный газ неоном, что по-гречески оз н а ч а ет «новый».
В 1 888 году помощник Р а мзая Трэверс построил м аши­
ну, способную дав ать темпер атуру до -253 ° С . С ее помо­
щью был получен твердый аргон. Б ыл и отогн а н ы все газы,
кроме крипто н а . И у ж е в неочищенном криптоне был н айден
ксенон ( « чуждый» ) . Для того чтобы получить 300 кубиче­
ских с а н тиметров ксен о н а , ученым п р ишлось в течение двух
лет пере р а ботать 77,5 миллион а
литров атмосфер ного
в оздуха .
Та к и м о б р а з о м , б ы л о н а йдено пять инертных газов. Ост а ­
в ал ась очередь з а шестым, с а м ы м тяжел ы м .

286

ЕЩЕ Р дЗ О КЛЕВЕИТЕ

Уже было сказ ано, что гелий п р и сутствует в ур ановых
минералах. Чем б ольше в клевеите у р а н а , тем больше ге ­
лия. Р а м з а й долгое время старался н айти в з а и мосвязь
м ежду содержанием ур а н а и гел и я , н о это ему н е удалось.
Р азгадк а п р и ш л а с другой стор оны; о н а была связ а н а с от­
крытием р адиоактивности.
О б н а р уж ил и , что р адий в ыдел я ет газообр азное в ещество,
н а з в а н н о е э м а н ацией. l гр а м м р адия д а в ал в сутки l куби·
ческий миллиметр э м а н ации. В 1 903 году Р а м з а й и известный
физик Содди з а н ялись изучением э м а н а ци и . Они и м ел и
в своем р а споряжении всего л и ш ь 5 0 миллигр а м м о в броми­
стого р адия ; одновременно у них б ыло н е более 0, 1 кубиче­
ского миллиметра э м а н а ц и и .
Для выполнения р а бот Р а м з а й построил сверхчувстви­
тельные весы, показыва ющие четыре миллиардные доли
гр а м м а . В скоре исследов ател и выяснил и , что э м а н ация я в ­
ляется последним п р едставителем семейства и н ертных газов.
И м долго н е уда в алось р азгл ядеть спектр э м а н а ции.
Как-то, оставив трубку с э м а н а ци е й на н есколько дней, они
п о м естил и ее в спектроскоп и были удивлены, увидев в спект­
ре з н а комые л и н и и гел и я .
Э т о т ф а кт подтвердил п р едположение Резерфорда и Сод­
ди о то м , что р адиоактивное п р е в р а щение свя з а н о с п р ев р а ­
щением атомов. Р адий, са мопроизвольно р а спадаясь, п р е­
вр ащался в э м а н а цию и в ыделял ядро атома гелия .
Один элемент п р е в р а щался в другой !
Ученым стало понят н ы м , почему гелий о б н а р уживается
в у р а новых м инер алах; он один и з п р одуктов р а спада ур ана.
В 1 923 году по р ешению Между н а р одного комитета по хими­
ческим элементам э м а н ация была п е р е именов а н а в р адон.
И Н Е РТНЫЕ ГАЗЫ НА ЗЕМЛЕ И ВНЕ ЕЕ

В ернемся снов а к составу земной атмосферы. В спомним,
ч т о на долю азота и кислорода приходится более 99 п р оцен­
тов. На все остальные газ ы , включая водород и двуокись
'
углерода , п р и ходится м енее одного пр оцент а . Львиную долю
этого п р оцента з а би р ает аргон. По с р а внению с остальными
287

инер т н ы м и г а з а м и а р гон а очень много в атмосфере
0,93 процен т а . Это объясняется р адиоактив н ы м р аспадо м
40К, в результате которого образуется 40Ar , кстати, по этой
же п р и ч и н е тя желый изотоп а рго н а преобл адает. l килогр а м м
воздух а содержит 1 2,9 гр а м м а а р г о н а и десятую долю гр а м ­
м а в с е х остальных и н ертных газов.
Ксенон - очень р едки й газ, его содер ж а н и е в атмос фере
р а вно 9. 1 0-7 процент а , но в т о же в р е м я а бсол ютное его со­
дер ж а н и е огромно. Если б ы мы з ахотели пом естить этот газ
в желез нодорож н ы е цисте рны, то потребов ался б ы поезд
дл иною в 80 земных экваторов, и есл и б ы ваш путь пер есек
этот поезд, м ч а щийся со скоростью 90 килом етров в ч а с, то
п одъем а шл агб аум а пр ишлось б ы ждать четыре года.
С одержание р адон а в атмосфере н ичтож н о : 6. l 0- 1 8 п р о­
цен т а . Если собр ать весь р адон з е м ной атмосферы, то его
можно будет поместить в пивную бочку с р едних р а з м е р ов ,
объемо м всего л и ш ь 2 3 0 л итров. В есит это колич ество р адо­
на дв а с небольшим килогр а м м а , столько же, сколько том
Большой Советской Энциклопедии .
И н е р т н ы е газы содержатся н е только в атмосфере: гел и й
и а р гон можно о б н а ружить в снеге, гр аде, дождевой воде и
м и н е ра л а х . П р и каждом вул к а ническом извержении в ыде­
ля ется з н а чител ьное количество арго н а . В 1 902 году во вре­
м я извержения вул к а н а Мон-Пеле н а острове М а р тиник а
выделялись газы, содержащие 0, 7 процента а р гон а .
Совершенно и н ы е цифры получ и м м ы , если р ассмотри м
распростр а н е н и е элем ентов в космосе.
По последни м научным данным, всел е н н а я состоит п о
вес у из 7 6 п роцентов водорода, 23 п р оцентов гел и я ; только
l п роцент п р и ходится на долю в с ех остал ьных элементов
т а бл ицы Менделеев а .

--

Т дК ЛИ О Н И И Н Е РТН Ы I

В от, кажетс я, и все о б инертных г а з а х " .
Впрочем , впр авду л и они т а к и е и н е р т н ы е , л е н ивые, хими­
чески мертвые? Е ще в 1 896 году был получен кристалличе­
ский гидр ат а р г о н а , но, по сло в а м советского химика
Б . А . Н икит и н а , и через тридцать лет этот ф а кт оставал­
ся непо н ятным и удивительным для м н о гих и с сл едователей.
Б . А . Никитин положил много сил иссл едова н и ю соеди288

н е н и й инертных газов. Он пр едложил оригин а л ьный м етод
пол учения легкодиссоциирующих моле1<Ул ярных соединений
благородных газов.
Ч т о т акое мол екулярное соединение и почему оно х а р а к·
терна для инертных газов?
Инертные газы обладают з а конченной, совершенной струк­
турой электронных оболочек. На внешней электронной обо­
лочке у них содержится восе м ь эл ектр онов, у гел и я - два.
Б л а городные газы очен ь крепко держат свои электр оны, не
отдают их чужим атом а м и сами н е п р иним ают ничьих элек­
тронов - короче говоря, ионных соединений тип а NaCl ил и
N a F они не в состоянии о б р а з о в ать.
Атом ы инертных газов не скл о н н ы также обобществить
свой электрон с электроном другого ато м а и дать соедине­
н ие с ковалентной связью, типа м ол екул ы хлор а . Валентная
связь, обусловл енная переходом электрона и л и обобществле·
ни е м его, н е и меет места у б л а городных газов. Но мы з н а е м ,
ч т о п р и н изких темпер атур ах о н и могут б ы т ь и жидкостью и
даже твердым телом.
Какие же силы стяги в ают в жидкость однородную мол е­
кулу и н ертного г а з а ? Межмолекул я р н ые, или, ка к их еще
н а з ы в ают, в честь голл андского химика В а н дер В а альса,
в а ндер в а а л ьсовы силы . . .
В любой молекул е есть к а к положительно з а р яженные
ча стицы - ядр а атомов, так и отр ицательные - электроны.
И для отр ицательных и для положител ьных з а р ядов есть
точ1ш, которые можно н а з в а ть «эл ектр ическим центром тя·
жести». Эти точки - своего рода пол юсы мол екул ы . Если
в молекуле отрицательный и п оложител ьный полюсы сов п а ­
дают, т о мол екул а будет неполярной. Молекулы и н е р т н ы х га­
зов непол я р н ы ; они построены очень г а р монично.
При несовп адении электр и ческих центров тяжести полу­
ч а ется пол я р н ая мол екул а .
Молекулярные соединения о б р азуются за счет в андер·
в а альсовых сил, и м еющих электр ич еское происхождение.
Эти сил ы п римерно в 1 00 р аз слабее обычных вал ентных
х и мических сил.
Итак, в а ндерваальсовы с ил ы связывают молекулы инерт­
ных газов в жидкость. Какой х а р а ктер и м еют эти сил ы
эдесь? В едь молекула в данном случ ае совершен н о непол я р ­
н а . О ка зыв ается, не совсем. В атоме не только электрон ы
289

враща ются вокруг ядр а , но и с а м и ядр а кол еблются относи­
тельно своих положений р ав новесия. А п оэтому на очень ко­
роткое время идеал ьная симметр ичная структур а молекул ы
инер тного г а з а и скажается. Ч а сть электр онных орбит время
от в р емени на м гновение смеща ется и об р азует диполь,
пр авда очень не бол ьшой .
А м огут л и в анде рва альсовы силы связать м ол е кулу
инертного г а з а с мол е кулой другого в еществ а ? Могут, оса�
б енно если эти другие м ол екул ы близки им по р аз м ер а м и
по форме, или, к а к говорят химики, изомо р ф н ы . Б . А Н ики­
тин о б н а р ужил, что р адон, н а п р и м е р , изомор фен с сероводо ­
р одом и двуокисью сер ы ; их кристаллические структур ы
сходны. Ч а стицы р адон а могут за менять ч а стицы сероводо­
рода в кристалличеокой р ешетке, обр азуя смешанные кри­
ста л л ы .
Гидр ат р адон а также изоморфен с гидр а том сер оводоро­
да . Если под большим давлением пропускать р адон через
ледяную воду, то о б р азующийся гидр ат тут же р ас падается .
Стоит тол ько добавить к и н ертному газу сероводород, и об­
р азующийся гидр ат сероводорода уло в ит р адон в свою кри­
сталлическую р ешетку.
Н а ряду с г идр атом сероводорода получится гидр ат р а ­
дон а . Э т и м м етодо м, н аз ванны м м етодом изоморфного со­
осажден и я , Н и ки тин впервые получил кристаллогидр аты
всех инертных газо в , кроме гел ия, и обнаружил, что все они
соде р ж а т п о шесть молекул воды. Здесь атом инертного га­
з а плотно взят в кол ьцо поля р н ы м и молекул а м и воды .
Молекул я р н ы е соединения и н ертных газов м алоустойчи ­
вы, но являются полноценными химическим и соединениями,
1' а к к а к обл а д а ю т впол н е оп ределенным х и м ическим со­
ста в о м .
Ч е м выше м ол екуля р н ы й в е с инертного г а з а , тем прочнее
его гидр ат. Е сл и гид р а т ксено н а получают при 0°С, почти
при нор м а ль н о м давлении, то гидр ат неона при той же тем ­
пер атуре необходимо сж и м ать до 300 атмосфер. Р азлич н а я
устойчивость гидр атов бл агородных г а з о в может быть ис­
пользов а н а дл я их р аздел ения .
В р езультате р а б от советского ученого о б р аз овал ась н о ­
вая гл а в а в химии - х и м и я инертных газов, игр а ющая важ­
ную р о л ь в изучении п рир оды молекул·яр ных соединений.

1

П Р Е ВРАЩЕН И Е
ЭПЕМЕНТОВ
ЛУЧИ, ЛУЧИ, ЛУЧИ."

Все н а ч алось с открытия Рентген а . В 1 895 году он обна­
ружил н евидимые лучи, спосо б н ы е проходить СI{возь вещест­
ва , непроницаемые для обычных свето в ы х лучей. Их можно
было з а м етить по действ и ю на ф отопл астинку, которую они
засвечивали, даже если она был а обернут а в чер ную бум агу.
Рентген н аз в ал их икс-луч а м и , поскольку н е мог установить
их п р ироды. Теперь они известны всем как р ентгеновы.
Икс-лучи вызвали огромный интерес ученых в сего м и р а .
Ф р а нцузский ф и з и к А н р и Б еккерел ь р ешил выяснить, не
связ ано ли появление р ентгеновых лучей с флуоресценцией.
Так н азыв ается холодн ое свечение н екотор ы х веществ.
К ним относится, в ч а стност и , калий ур анил -нитр ат. «О блу­
ченные я р ки м солнечным светом соли ур а н а испускают р е н т­
геновы лучи», - в скоре за явил Б еккерел ь. Каз алось, все бы­
л о в пор ядке вещей, но ученый обн а руж ил , что ур ановые
соединения испускали луч и , даже есл и и х п р едв ар ительно не
освещали. Более того, интенсивность излучения всегд а была
пропорционал ьна содерж а н и ю ур а н а в солях. Н а иболее «лу­
чистым» оказался м еталлический у р а н . Пришлось Б еккер е­
лю з а я в ить, что он открыл новые, «у р а новые» лучи.
В скор е супруги Мария и Пьер К ю р и , систем атически ис­
следов ав многие соедин ения, пришли к л ю б опытному в ыво­
ду : неизвестные лучи испускают т акже и п р е п а р аты тория.
Появились новы е , «ториевые» лучи. Все это было з а гадочно
и н епонятно. «Луче в а я лихо р адк а » п р и о б р ел а хар а ктер эпи­
демии. То и дело в печати появлял ись сообщения об откр ы ­
т и и новых и новых видов лучей.
291

Супруги Кюри между тем продолж а л и исследов ать лучи
Б еккер ел я. Скоро они установи ли , что м и нер алы ур а н а ис­
пускают лу чей гор аздо больше, чем если б ы они состояли
цел иком из чистого у р а н а . Это уже было совсем удив ител ь­
н о. Может, дело вовсе не в у р а н е и последн ий элемент т а б ­
л и ц ы Мендел еева не повинен в стр а н н о м лучеисп ускании ?
Молодые ученые продолж ают р а боту. В 1 898 году они
откр ыв ают сразу два новых элемент а, котор ые способн ы ис­
пускать бекке релевы лучи, но эта способн ость у них п р и м е р ­
но в миллион р аз выше, чем у у р а н а и тория. О д и н из э л е­
ментов был н а з в а н полоние м, в честь Польши - роди н ы М а ­
р ии К ю р и , а второй - р адие м , о т л атинско го слова «р адиус»,
ч то з н ач и т «луч» .
С пособно сть веществ самопро извол ьно испуска ть неви­
димые л у ч и супруги Кюри назвали р адио а ктивнос тью , а ве­
ществ а, обл адающи е т а кой способн остью, - р адиоакт ивными .
П ОД РОБН Е Е О РАДИОАКТИВ НОСТИ

Суть этого явления теперь не п р едставл яет з а гадки. Не
все атомны е ядр а устойч ивы. Особен но тяжелы е ядр а , п р и ­
н адл еж ащие а т о м а м элемен тов кон ц а таблиц ы Мендел ее в а .
Эти неустой чивые ядр а способн ы самопр оизволь но р а с п а ­
даться, пре в р а щ аясь в др угие.
Все эти п р ев р ащения можно р аз б ить на н е с колько гр упп.
вой г р у п п е от носятся те, кото р ы е связ а н ы с испуск а ­
пер
К
й
н ием ядр ами т а к н а з ы в а е мых а л ь ф а ( а ) -Ч'а стиц. В е с каждо
,
ы
сс
а
м
ам
единиц
м
ы
н
м
ато
м
четыре
вен
а
аль ф а - ч а стицы р
п р ич е м о н а н е с е т дв а полож ительн ых з а р яд а . Сл едоват ель­
но, альф а - ч а стицы - это не что иное, как ядр а атомов эле-

292

мента гелия. Из ядер тяжел ы х атомов они в ы б р а с ыв аются

с гром адной скоростью, р авной 1 5-20 тыся ч а м километров
в секунду. Ра з.11ич ают аль ф а - ч астицы по величине их энер ­

г и и , одн а ко ч а ще пол ьзуются н а п р а ктике другой х а р а ктери­
стикой - дл иной свободного пробега. Дл и н а пути альф а - ч а ­
стицы в каждом в еществе строго постоя н н а ; о н а т е м больше,
чем больше ее энергия. Р адиоактивные элементы кон ц а пе­
риодической системы испускают ал ь ф а - ч астицы с длиной
п р обега в воздухе от 2 до 8 с а нтиметров. При движении
в веществе аль ф а - ч астицы сталкива ются с его атом а м и , вы ­
зывая их ионизацию , а потому, т е ряя э н ер гию, довол ьно б ы­
стро з а м едляются.
Что же происходит с ядр ом , когда оно испускает а л ь ф а ­
ч а стицу? Поскол ьку з а ряд е г о уменьшается н а дв е единицы,
очевидно, оно превращается в ядр о эл емента, стоящего н а
две клетки л евее в периодической системе. Атомный вес его
уменьш а ется на четыре еди н и ц ы . В качестве пример а можно
п р и вести превр ащение атом а р ади я в р адон : р адий -+ ра­
дон + альф а- ч а стица.
В ядер ной ф изике это уравнение з а п и с ы в а ется так:

22б R
88

а

_

2 2 2 Rn + о!.
86

Сл едующая группа превр ащений связ а н а с испускан ием
ядр ами б ета ( � ) - ч а стиц, ИJI И элект р о нов. Эт о т процесс обя­
зан своим пооисхождением изб ытку н ейтронов в ядр ах неко-

Rri
293

торых атомов . Схему его можно п р едст авить следующим
обр азом : н ейтр о н -r п ротон + электр он, или п -r р + е­
то есть нейтрон п ер еходит в протон, и о б р а зующийся п р и
этом электро н покид а ет ядр о. Нетрудно догадаться, ч т о п р и
бет а - р а с п аде обр азующийся элемент р аспол а г а ется в перио­
дической системе н а одну клетку впр аво, а атомный в ес
остается без изменения, поскольку м асса эл ектр о н а близка
к нул ю . В качестве примера можно п р и вести п р е в р а щение
протактиния в ур а н :

В отл ичие от а л ь ф а -ч астиц бета- ч астицы н е обл адают н и
постоянной величиной пробег а , ни постоянной э н ергией. Та­
кое положение н а бл юдается для л юбого р адио а ктивного ве ­
щества , испускающего б ет а - ч а стицы. Это дало повод неко ­
тор ым учены м даже сомнев аться в фунд а м е н тальном з ако­
не п р и р оды - з а коне сохр анения энергии.
О бъяснил это явление з н а м е нитый и т альянский ученый
Энрико Ф е р м и . Он дока з а л , что испускание б е т а- ча стицы яд­
ром атома долж н о сопровождаться выл ето м из ядр а еще од­
ной ч а стицы, не и меющей элек трического з а ряда , с м а ссой,
близкой к нул ю . Эта ч а стица получил а н а з в а н и е « н ейтрино»,
что по-итальянски зна чит «мале нький н ейтрон», « нейтрон­
чик».
294

Поскольку ядро выбр а сывает две ч а стицы , энергия меж ­
д у н и м и может р ас пределиться самым р азличным обр азом.
Нейтрино м ож ет з а б р ать м ного энергии , и тогда на долю бе ­
та - части ц ы дост а н ется лишь м ал а я ее часть. Нейтрино м о ­
ж ет и н е получить н ичег о , тогда бета-ч астица будет и м ет ь
м аксим ал ьную энергию, которой и х а р актеризуется бета-из­
л учение. Б ет а - ч астицы вылетают из ядер с гром адной скоро ­
стью, близкой к скорости свет а . А поскольку з аряд их м а л ,
г о в отличие о т а л ь ф а - ч астиц они р едко вызывают иониз а­
ц и ю атомов в еществ а , в котором дви ж утся. Поэтом у и про­
б ег их з н а чительно больше, чем у альф а- частиц.
Кр оме отрицател ьно з а ряже нных б ета-част и ц, существ у ­
ю т еще и положител ьные, которые обоз н а чаются з н а чком �+
и н а з ы в аются позитр о н а м и . Ес л и ядро испуска ет позитрон,
о б разующийся элемент пе редвигается н а одну клетку влево
в периодической систем е.
Еще одн а груп п а превр ащений связ а н а с явле н и е м, кото­
рое получило н аз в а н и е эл ектр онного з ахвата. Он н а блюдает ­
ся, когда ядр а содержат и з б ыточное кол ичество п р отонов.
В этом случае ядро з а хв а тывает электр он с ближайше й
электронной оболочки, и один из пр отонов превр а ща ется
в н ейтрон :
р +е

- п

Обычно ядро з ахв а тыв а ет э лектрон с обо л очки , ближ е
всего р а сположенной к ядру , с т а к назыв аемой К-оболочки,
почему это явление и получило н а з в а н и е «К-з ахв ат» . В р е ­
зультате захвата в электронной о болочке обр азуется « в а к ант­
н о е » м есто, которое з ан и м ает эл ектр он , н аходившийся р ань ­
ш е н а о болочке, более удал енной от ядр а . Переход электро­
н а с одной оболочки на другую является причиной р е н т ге­
новского излучения.
П р и К -з ахвате образ ую щийся элемент оказывается в п е­
риоди ческой системе н а одн у кл етку влево.
Из вест ен в ид р адиоактивных п р евр ащений , н азываемы й
спон т а н н ы м дел ен и ем . К н е м у «скл о н н ы » только очень тяже­
л ы е ядра , н а п ри м ер тория и у р а н а . Суть п р оце сса з а кл ю ч а ет ­
ся в самопроизвольном « р аскал ы в а н и и » ядра н а две ч а сти.
В р езультате обра зуются ядр а элементов середи ны пер иод и­
ч е ской систем ы .
Н аконец , к п о следней г р у п п е п р е в р ащени й относится т а к
295

назыв а ем ы й изом ер ный пе реход. Пояснить его можно так.
П усть у нас есть два совершенно одина ковых ядр а . Р а в н ы
их м ассы , р а в н ы их з а ряды. Но то.11 ько одно ядро, как гово­
рят ф изики, н а ходится на более высоком энергетическом
уровне, то есть у него имеется изб ыток энергии. Т а кие ядр а
н а з ы в а ются изоме р а м и . Чтобы перейти в свое нормал ьное,
стабильное состояние, возбужденное ядро должно освобо­
диться от избыточной энергии, что оно и дел ает, испуская
га м м а (у) -лучи . О н и п р едставляют со бой
электромаг ­
нитное излучение с очень короткой дл иной вол н ы . П р и их
и спускании, как можно понять, не и з м еняются н и м а сса ато­
м а, ни его порядковый номер. Поскол ьку г а м м а -луч и не
являются ч а стицами вещества и эл ектронейтр альны, они
сл а б о взаи модей ствуют с веществом, а потому и обладают
очень бол ьшой п р о н и ка ющей способностью , какая недоступ­
н а альф а - и бета - ч а сти ц а м .
Т а ковы основные в и д ы превр ащений ядер .
ЗАКОН РАДИОАКТИ вноrо РАСПАДА

Атомы р адиоа кти вных элементов не могут «ЖИТЬ» скол ь
угодно долго. Все они с течением времени п р етерпевают те
ил и иные п р ев р а ще н и я . Но если «жизнь» ато м а огр ани ч е н а
во времен и , з н а чит можно говорит ь об и х «времени р а с п а ­
д а » . Ученые з а м етил и, ч т о если д л я н а б.Тl юдения взять бол ь­
шое кол ичество р а д и о а ктивного вещест ва , то за еди н и цу
в рем е ни р асп адется много атомов. Если же взять небол ьш ое
кол ич ество - число р а с падающихся атомов и инте н с и в­
ность излучения пропор цион ально умен ьшаются. Чем мень­
ше р адио а кт и вного веществ а было взято, тем медленнее оно
р а с п адалось, н о п р о цент р а с п адающихся атомов во всех
сл у чаях был оди н а ков. Этот «постоянный п р оцент» носит
н а з в а н и е р адиоактивной постоянной и о б ы ч н о обоз н а ч ается
гр еческой буквой 'А (л а мбда ) . Наконец, каждый р адиоак­
тивный эл емент р а с п адается н а половин у, сколько бы его н и
б ы л о взято, з а строго определ е нное время. Е г о назыв ают п е ­
риодом полур асп ада и обозна ч а ют Т ,,,* .
* Р а з у м е ется, речь идет о пер иоде полур а с п ада д a ll н o r o р а д и о а ктив1 юго и з отоп а . К огда го в о р я т о Т111 эле м е н т а , то и м еют в вид у его наибо­
л е е долго ж и в у щий изотоп.

296

П е риоды пол у р а с п ада изв�стных в н а стоящее в р е м я ра­
диоактивных изотопов р азл и ч н ы - от м ил л ионных д о л е й се­
кунды до мил л и а рдов лет. Т а к, пер иод пол ур а спада одн оr о
и з изотопов р адо н а р а в е н 3 , 8 д н я , а ур а н а - 238 составл яет
4,5 милл и а рд а лет. Дл я многих р адиоактивных изотопов пе ­
риод пол у р а сп ада м о ж н о измерить н епосредств енно по
-vменьшению интенси в н о сти его и зл у ч ен ия.
З акон р адио активного р аспада , хотя он и н е очень сло­
ж е н, выводится при помощи в ы сшей м атем ати ки. Одна ко,
п р авда с м еньшей точностью, его можно получить п р и п о м о­
щи несложных алгебр аических п р е о б р азов а н ий.
Пусть у н а с в какой -то м о мент есть какое-то кол и чество
атом ов р адио активного э л емента, р а вное No . Тогда по пр оше­
ств и и н екоторого времени t у н а с останется л ишь N 1 его ато­
м ов. Очевидно , что скорость п р е в р ащения р ав н а отношени�о
числ а р ас п а в шихся атомов к вел ичине пр ошедшего проме­
жутка в р емени, то есть

Скорость же р а с п ада, как был о н а йдено учены м и, п р опор­
цион а л ь н а числу атомов р адиоактивного элемента, имевше­
муся в н а ч але, то есть

В этом ур авнении 'А - коэфф и циент пропор циона л ьности,
ил и , как мы уже з н а е м, доля атомов р адиоаrпивноrо элемен­
та, п р етер п е в а ющих превр ащение в единицу времени. А те­
п е р ь п р ео б р а з уем н а ш е у р а в н е н и е :
N o - Ni = No'A t ;
N1 = No ( l -'At) .

Это и есть основной з акон р асп ада ( в нескол ько уп ро­
щенн о м виде ) , котором у подчиняются все р адио а ктивные
эл ем е нты.
Здесь N o - кол и чество атомов р адио а ктивного эл емента,
и мевшееся в н а ч а л ьный момент в р е м ени ; N1 - количество
атомов, которое осталось по п рошествии времени t.
297

К а к ж е п р и менить н аше у р а в н е н и е для п р а ктических це­

лей? Д а в айте п опро буем п р о в ести неслож н ы й р асчет. Только

для этого н а м необходимо з н а т ь, что, как н ашли ученые,
р адиоакти в н а я постоя н н а я, хар актер н а я для каждого
вида р адиоактивных атомов, связ а н а с периодом полу р а с п а ­
да сш:: д ующим отношением :
1,

-

0, 5 9 3

Тм

Таким о б р а з о м , з н а я п ер и од полур аспада, м ы легко м о ­
ж е м о п р еделить р адио активную постоя н ную.
А теперь давайте подсчитаем , скол ько р адиоактивного
изото п а тория �g2 Th р асп алось за в с е в р е м я существования
н а шей п л а н ет ы . П р и мем , что воз р а ст З емл и р авен 5 милл и ­
а р д а м л ет, а п е р иод полур аспада тор и я - 232, как было уст а ­
новлено, р авен 1 ,39 . 1 0 10 л ет. Для н а ч а л а н а ходим р адиоак­
тивную постоянную :
J=

о, 5 93
1 , 3 9 I O '°

о.s � ю·10

Тогда п р оизведение 'Лt р ав н о :
н,

следов ател ьн о :

О, 5 · 1 0·10 · 1 09 = 0, 25 ,

N1 = No ( l -0,25 ) = 0,75No.
Это з н ачи т, что к н а стоящему времени осталось 75 про­
центов тория, а 2 5 процентов р асп алось з а время жизни
Земли.
СЕМЕА СТВд ЭЛЕМЕНТОВ

Еще в с а м о м н ач а л е изучения явл ений р адио активного
р а с пада ученые о б н аруж и л и интересное явле н и е : р адиоак­
тивные эл ем енты в п р и р оде обычно встреч аются груп п а м и .
Т а к, в м и н ер а л ах у р а н а всегд а есть р ад и й, а р адиоактивный
газ р адон всегда сопутствует р адию. Это н а в ел о ученых н а
м ы сл ь, что р адиоактивные элем енты генетически связ а н ы
м ежду собой.
Н апр и м е р , ур а н, в ы б р асывая альфа -ч астицу, превращает ­
ся в другое р адиоакт и вное в ещество, которое ученые н аз в а298

ли

у р а н -икс- 1 ( UX I ) . Отдел ив его от « м атеринского» эле ­
м ента ур а н а и тщ а тельно исследов ав химические свойства,
ученые обнаружили , что ур а н -икс- 1 очень похож н а извест­
ный элемент тор ий. Позднее в ыяснилось, что ур а н - ик с - 1 яв­
ля ется одн и м из изотопов тор ия. Отл и ч и е тория и ур а н а­
икс- 1 з а кл юч алось л ишь в их р азных р адио активных свойст­
в ах. Е сл и период полур асп ада тор и я составляет около
1 010 л ет, то период полур ас пад а ур а н а - икс- 1 р ав е н в сего
24 дня м . Кр оме того, торий при р адио акти в н о м п р е в р аще­
нии в ы б р а с ы в а ет из ядр а а л ь ф а - ч а стицу, а у р а н -ю<с- 1 - бе­
т а - ч астицу. П р и этом он п е р еходит в элемент протактиний,
точнее - в его изотоп, н азв а н н ы й у р а н о м - икс -2 ( UX2 ) , пе­
р иод полур а спада которого р авен в сего одной м инуте. Ур ан ­
икс-2, в ы б р асывая из ядр а последов ател ьно одну бета -ча·
стицу и две альф а - ч а стицы, п р е в р а щ а ется в р ад и й. Тот,
в свою очередь, испуская аль ф а - ч а ст и цу, пер еходит в р адон
и т. д. Цепь последовател ьных п р е в р а щений ур а н а оказа ­
л ась довольно дл инной и в конечном mоге з ак а н ч и в ал ась
стабил1 ь ным изотопом свинца с м а ссовым числом * 206. Та­
ким обр азом, ур а н - родо н а ч альник целой сер и и р адиоак­
тивных элементов, кото р ы е входят в семейство ур а н а .
Учены м и б ы л о н а йдено, ч т о «родо н а ч ал ь н и к а м и » а н ало­
гичных семейств являются и еще дв а элемента, существую­
щих в природе. Это тор ий (Th) с м а ссовым числом 232 и
изотоп ур а н а с м ассов ым ч ислом 235, н а з ы в а е м ы й и ногда
актиноур а н о м (AcU) .
Есл и ср ав нить существующие в п р и р оде р адио актив н ы е
сем ейств а друг с друго м , о б н а р уж ив ается л ю б о п ы т н а я де­
таль. Оказывается, м ассовые числ а всех изото пов, входящи х
в семейство тория, без остатка делятся на 4. Сл едовател ьно,
атомный вес их м ожно в ы р азить очень простой ф о р м уло й
4п, где п - целое число. Если же делить н а 4 м а ссовые чис­
ла изотопов, входящих в состав семейств а ур а н а , то во всех
случаях в остатке остается ч исло 2, з начит м а ссовые чис ­
л а п р едставителей у р а нового сем ейств а можно опис ать
ф о р мулой 4n + 2 . Для семей ств а актиноур а н а пол учаем
формул у 4п + 3. И ногда эти семейств а т а к и н а з ы в а ю т . Н а ­
п р и м е р , в м есто того чтобы сказать «семейство тор ия», гово* М а сс ов ое ч исл о
му весу данного изотопа.

-

целое число, н а и более бл изкое к а том н о ­

299

р я т «семейство 4n», а в м есто «семейство ур а н а » говорят «се­

м е й ст во 4п + 2».
Ученым удалось искусственно «создать» в 1 940 году се­
мейство 4п + 1 , когд а был получен элемент нептуний ( Np )
с з а рядом 9 3 и м ассовым числом 237. О н и оказался родо­
нач альником семейства 4п + 1 .
И С К УС СТВ ЕННАЯ

РАДИОАКТ ИВНО СТЬ

В 1 9 1 9 г од у з н а м енитый англ ийский ученый Э рнест Р е ­
поставил з амеч ательный опыт. Он обстрелял ядр а
азота альф а - ч а ст иц а м и . Когда он поп ытался р азобр аться
в результатах эксперимента, то обн а р ужил ась удивительная
картина. Оказ ал ось, что, поглощая альф а - ч астицу, ядр о
азота, и м еющее з а ряд 7 и м ассу 1 4 , превр а щ а ется н а какое­
то мгновени е в ядро с м ассой 1 8 и з а р ядом 9. Н о это ядр о
неустойчиво, оно тут же и спускает п р отон и превр ащается
в �щр о с м а ссой 1 7 и з а р я д о м 8 . СогJ1 асно же пер иодической
систе м е з а ряд ядр а , р авный 8, и меют л и ш ь атомы кислоро­
да. С л едовательно , в р езул ьт ате в з а и м одействия ядер азота
с альфа-частицами пол у ч ался изотоп кислород а :
з е р форд

14 N
7

4 н -170 + ' н
е
6
1

+ 2

·

Э т у ядерную р е акцию можно з а п ис ать и короче : i4N(ар)�70.

1
-=- · ·�
· · ·�
· � )1
�

-�
1

300

�

В такой <<Т р анскр ипции» первым п ишется ядро , которое под­
вергается превр ащению , з атем в скобке - ч астица, котор а я
е г о вы зы ва ет, после н е е з аписыв ается вылетающая частица
н уж е п о сл е скобки -- новое, обр азующееся ядро.
З атем Резерфорд выяснил , что с альф а - ч а стицам и в з а и ­
модей ствуют т а кж е ядр а б о р а , фтор а , н атрия и н екоторых
других элементов . Так м ечта человека о п р е в р а щении одн их
эл ем ентов в другие стал а р е ал ьностью.
В н а ч а л е тридцатых годов был отмечен интересный ф а кт.
Е с л и «об стр елив ать» а л ь ф а-ч астиц а м и бериллий, то появ­
ля ется к акое-то новое излучение, обл адающее необыкновен­
н ы ми свойств а м и . « Б е р и л л иевые лучи» н е отклонял и сь
в электр ическом поле и могл и пр оходить сквозь та­
кой слой свинца, через кото рый не могли п р ойти даж е гам­
м а-лучи. В течени е долгого в р емени не могли объяснить
ученые их природу. Н аконец ученик Р ез ерфорда Чэдвик до­
к а з а л : «бериллиевые лучи» п р едставляют собой поток нейт­
р ал ь н ых ч а стиц, по м ассе р ав н ых ядр а м ато м а водорода,
пр отон а м . Он н аз в ал их н ейтр о н а м и , подчеркн ув этим и х
эл ектр онейтр альность. О к а з алось, что в з а и м одействие аль­
ф а-частиц с бериллием происходит п о р е а кции :

то есть п р и этом о б р а з уется изотоп углерода и в ыделяется
один нейтр он. Н ейтронам суждено было сыгр ать в ыдающу ю ·
с я р о л ь в ядерной ф изике.
Через пятн адцать лет после эксперимента Резерфорда
м и р б ыл п отрясен новой сенсацией.
В 1 934 году ф р а нцузские исследов ател и Ф р едери к Жо·
л и о и Ирен Кюри дока з а л и всему м и р у, что н астало время,
когд а человек м ож ет и скусственно получать р адиоактивные
изото п ы .
О блучая ал ьфа-ч асти ц а м и ал ю м и н иевую п л а стинку, о н и
о б н а р ужили, что о н а сохр аняет радиоактивность, даж е когда
источник « с н а рядов» у б и р а л и . Облуче нная п л а стинка и спу­
с к а л а позитроны , и этот п р о цес с подчинялся з а кону р а дио­
активного р аспада , приче м а ктивность у меньш а л ась вдвое
п р и мерно за 3 минуты. Известные п р и р одные р а ди о а ктивные
изотопы н е обладали таким пер иодо м полу р а спада. В ы в од
30 1

�GC>

g-IJ!}gc.c/ffd,, ,Jf

�

"' �(�

мо г быть оди н : позитрон испуска ется искусственн ы м радио­
а ктивн ы м изотопом, возникш и м при облучении ал ю миния
а ль ф а - ч а стица м и . Учен ые п редположили, что а лю мини й при
облуче н и и аль ф а - ч а с т и ц а м и превр ащ а ется в ф осфор :

а и скусстве нны й изотоп
ф о с ф о р а с м а ссо й 30 я вл я ется не­
усто й ч ивым и р а с п а д а ется с испусканием позитронов :

302

В с 1шре Жо л ио и И р ен Кюри п одтв ердили свою догадку.
С помощью химических о п е р а ци й они док а з ал и , что в р е·
зультате б о м б а р дировки а л ю м и ния альф а - ч а ст и ц а м и дейст­
вительно о б р а з уется р адио акти в н ый изотоп ф о сф о р а .
В з а имодей ствия ал ь ф а - ч а стиц с ядр а м и р азличных э ле­
ментов были первыми ядер н ы м и р е а кция ми , которые удалось
осуществить ч ел овеку. З атем арсенал ядер н ой ф изики попол·
н ил ся други м и «снарядам и» : о к а з а л о с ь, что нейтрон, протон,
дейтро н , э лектр он 11 даже фотон способны « р е аг и ров ать»
с ядр ами .
Т а к на ч а л а р а з ви в аться ядер н а я х и м ия - наук а о пре­
в р ащении атомных ядер .

303

МОЖ НО ЛИ УВИДЕТЬ АТОМ}

Хотя учен ы м и со з д а н ы электронные м икроскопы , позво­
ляющие « р азглядеть» н екотор ы е крупные молекулы ( н а п р и­
мер , белка ) , нам, п о - в идимому, н и когд а н е уд астся увидеть
атом . В едь р аз м ер атом а около 0,0000000 1 ( I 0 -8) сантимет­
р а . Одн а ко, хотя мы не видим и еще ме н ь ши е ч а стицы м а те­
р и и , н а п р и мер п ротоны, нейтроны , электр оны, м ы и м ее м о н их
довольно пол ное п р едставление. К а к же н а м это удается?
Р ад и о а ктивные изотопы х и м и ческих элементов обладают
свойством излучат ь р азличные ч а сти цы. Р еги стр ация этого
излучения и дает в о з можность « в идеть» невидимое - от­
дел ь н ы е атом ы .
П од действием потока альф а - ил и бе та-частиц н екото р ы е
веществ а , н априме р сернистый ц и нк, н ач и на ют св етиться, это з н ал и еще н а з ар е изучения р адиоа ктив ност и . К а к тол ь­
ко поток ч а стиц п р екр а щ ается , перестает св етиться сер н и ­
стый ц и н к . Т аков п р и нц и п д е й с т в и я одного из первых п ри­
боров для р егистр а ц и и р адиоактивных в еществ . Его назвал и
с п ин т а р ископ о м , ч т о в переводе означает « на бл юдать в с п ы ш ­
ки» . Констр у кция его о ч е н ь п р о с т а . Н а и г л у н а н осится к а ­
кое-л ибо р адиоактивное вещество, способное испус к ать ч а ­
стицы. Поток э т их ч астиц, достигая экр а н а , в ы з ы в а ет его
св еч ение . Если в еществ а на игле очень м ал о , можно н а блю­
д ать отдел ьные вспышки - «следы» долетающих до экр а н а
ч астиц - и непосредственно подсчиты в ать ч и сл о р ас п а в ­
шихся атом о в.
Пожалуй, с а м ы м « стар ы м » м етодо м яв ляется « м етод а в ­
т о регист р а ци и» излучения. В едь е щ е Б е ккерел ь о б н а р уж ил ,
что р адио а ктивн ые в еществ а действуют н а ф отоп л а стинки,
з а с в е ч и в а я их. Одн ако лишь в тридц атых год а х советски е
учен ые Л . В . Мысовс1шй и Л . П . Жда нов п р едложили и с ­
пользовать фотоп л астинки дл я р егистр а ц ии отдельных ч а ­
стиц.
Пр оходя
сквозь
с в еточувствительные
эмул ьсии,
а л ь ф а - и л и б ет а - ч а стицы дей ствуют н а молек у л ы б р о м истого
с ереб р а . После п р оя вления и ф и ксиров ания на такой п л а ­
сти нке ост ается след ч а стицы, прошедшей сквозь э мульсию .
Н аиболее р аспростр аненные м е.тоды р егист р а ц и и р адио­
а кти в ного излучения основ а н ы на его иони зи рующей способ ­
ности. Есл и окол о з а ряженного электр оскопа поместить р а ­
диоактивное в е щество , то о н р аз ряжается. Под действ ием из304

л уч ения в оздух, I<отор ый я в ляется довол ь н о хорошим изоля ­
тор о м , ст а но в и тся п р о в одником э лектр ическог о тока.
Н а э том п ри нц ипе М а р ией и Пьером К ю ри был п остроен
прибор для количеств енной оценки как интенсивности излу­
чения , т а к и р адиоактивного в ещест в а . Схем а его о че н ь п р о­
ст а . К нижне й из двух м е таллич еских пл аст и н , отделенн ых
др у г от друга сл о ем в оздух а , п одкл ю ч а ется положител ьный
полю с б ат а р е и , а верхняя соеди н яется через электрометр
с зем л ей . Если м ежду пл астин а м и п о м естить I< акое-л и б о р а­
дио активное вещество, то стрел к а элект ром етр а откл о нится
от нул я и покажет, что м ежду п л а ст и н а м и идет ток. Чем
больше р адиоакт ивного вещест в а б удет м ежду пл а стин ами,
те м больше откл он ится стрелк а э лектр о м етр а .
П римерно н а т а ком ж е п р и нципе построен и н аиболее
р а с п р о ст р аненный в н а стоя щее в р ем я дл я о б н а р ужения и
регистрации р адио ак тивности п р и б о р , н аз ы в а е мый счетчи­
ком Гейгер а - Мюлле р а . О н п р едст а в л я ет собой п о лую ме­
та лличе скую т рубку , по оси которой н атянут а м е т ал л ическая
нить. На т р убку пода ется отрицат е л ьное н а п р яжение, а н а
н ить - положительное. В н утреннее п ростр а н ство с четч и к а
з а п ол нено с м есью г а з о в . Когд а в нутрь счетчика попада ет бе­
та - ч а стиц а , о н а п р оизводит ио н и з а цию г а з а , и обр а з о в а в ­
шиеся и о н ы двигаю тся в соотв етстви и со з н аком своего з а ­
ряда к аноду и л и к а тоду. Между электр ода м и счетчик а
течет ток , кото рый реги ст рируется счетн ы м устройств о м .
В р е м я ср а б атыв а ния счетчика о ч е н ь м ало, и поэтому п р и
е г о пом ощи м ожно «сосчитыв ать» до м и л л и о н а ч а стиц в се­
кунду.
Одн а ко с пом ощью оп иса нных п р и боров можно «ув идеть»
л ишь р адиоактив н ы е ато м ы . А к а к же быть, если нужно р аз ­
л и чить отдел ьные р адио а кт ив н ы е изотопы в с м еси? Н а п р и ­
м е р , ур а н и р адий - о б а аль ф а - и злуч а тел и, и спинтар ископ
не пока жет н а м о т личия а ль ф а -ч а стиц у р а н а от а л ь ф а - ч а ­
с т и ц р ади я . Т а к ж е в м е сте б удут р егистр и р о в а ться и бета­
ч а стиц ы, если у н а с, скажем , иссл едуется смесь р адио актив­
н ых изотопов фосфор а и йода .
О к а з ы в ается , р еш ить т а кую з ад а чу, вообще говор я , м ож ­
н о , л и ш ь определив осно в н ы е х а р актеристики п р исутствую­
щих р адио а ктивн ых элементов и л и и з отопов , их п ериоды по­
л ураспада . А дл я этого в б оль шинстве случ аев необходи м о
отде лить и х друг от друг а .
зоs

ЗОЛУШКА И СОВРЕМЕННО СТЬ

Помните, к а к в и звестной детской сказке З олушке п р и ­
ш л о с ь в ы б и р ать чечевицу из м ешка зол ы ? Б р атья Гримм
вели кол епно р ассказали о трогател ьной судьбе с и р оты . Н о
в р яд л и они п р едставляли, с1шль тр уд н а б ы л а р а б ота Зо­
лушк и.
Д а в айте немного посчитаем. Пусть каждая п ы л и н к а зо­
л ы в тысячу р аз меньш е зер н а чечевицы . Тогда , если р авно­
мерно п еремешать м е шок золы и м ешок ч е чевицы , на каж­
дую тысячу пы линок зо лы п р иходится лиш ь одно зернышко
чечев и цы . Трудн а я , конечно , задача -· р аз о б р ать т а кую смес1,.
Но п р едст а в ьте себе , что в сов ременных у словиях, при
р а боте ядерного р е актор а на 1 гр а м м у р а н а получ а ется
J 0-6 гр а м м а к а кого-ни будь р адио а ктивного и зотоп а . В едь
это соотв етств ует тому, как если бы зл а я м ачеха один м ешок
чечевицы смеш а л а с тысячью мешков зол ы !
З олушке п о м огли волшебные го л у б и. У сов р ем енных р а­
диохи м и ков т а ковых нет. И, кроме в сего проче го, в ыделение
р адио а ктивных и зотопов при таких соотношениях у слож­
няется тем, что в р аств о р а х они п р исутствуют в и с кл ючи­
те л ьно м ал ы х концент р а циях, порядка I 0- 10- 1 0- 1 6 г р а м м а
в литре. В этих усл о в и я х э лементы т е р я ю т м ногие специфи­
ческие свойств а ( о б ы чно полезные) и п р и о б ретают новые,
да леко н е способствующие и х в ыдел ению. Т а ки е количеств а
не льз я , н апример , в ыдел ить в в иде ос адка обы чн ы ми хими­
ч е ски м и м етода м и . Нео бходимо еще доб а в ить, что в резуль­
тате р е а кций дел ения обр азуется н е один р адиоа ктивный
изото п , а более трех десятков , п р и н адлеж ащих р а зличным
э л емент а м периодической си стем ы (ог цинка до г адол и ния ) .
Это уже в о много р аз хуже тысячи м ешков з ол ы . Одн ако
сов ременные « З олушки » н ашли в ыход из положеи и я .
В н ач а л е н ашего стол етия немецкий х и м и к Отто Г а н п о ­
п ытал ся отделить р адио а кти в н ый с в и н е ц от нер адио а ктив­
н ого. Два года п р одол ж а л ась н а п р яженн а я р а бо т а , и, н а ко­
н ец , Ган отступил . Никакими химически м и оп ы т а м и не льзя
бы ло отделить и х друг от друга.
К а к р аз это обсто ятел ьство ч асто используют сей ч а с для
выде л ения р адиоакти вных изотоп о в . Чтобы п ол учить р адио­
а ктивны й изото п , п р исутств ующий в смеси в к р а й н е м ал ых
ко л ичеств а х , I< н е м у добавляют стабильны й изотоп этого же

306

элемента, а з атем уже и с пользуют х имические р е акц и и, х а ­
р акте рные только дл я н его .
Допусти м , у н а с в смеси р адиоактивные изотопы цез и я ,
б а ри я и сер е б р а . В т а к о м случ а е в р аствор доба в л я ют и х
ст а бил ьные изотопы , а з атем посл едов ательн о в ыделяю т и з
него серебр о , п р и б а в л я я к акой-л иб о р а створ и м ы й хлорид,
в виде хл о р и стого се р е б р а и б а р и й , до б авляя к а р б о н а т ; в р а ­
створ е остается л ишь цез и й . Метод т а кого выдел ения полу­
чил н а з в а н ие о саждени я с н осител я м и . К: стати, н е в сегда
об язательн о добавл яют в р а ств о р , содержащий р ад иоактив­
н ы й элемент , ст а б и льны й изотоп и м ен н о этого элемента.
Можно з а м енить его эле ментом, кото р ый л ишь ч а ст ично по
свой ств а м п о хож н а него . Т а к , для отдел ения пл утони я o r
у р а н а п е р в о начал ьно и спользов а л а сь спо с обность четырехва­
лентного пл ут ония соо с аждаться с фтор идом л а н т а н а . Таким
о б р а з о м, выдел ени е изотоп ов в р адиохи мически ч и с т ом в и ­
де ( то е с т ь свободных от п р и м е си д р у г и х р адиоактивны х
изотоп ов ) ок а з а л ось н е с .r ш шком тяж елой задачей дл я р а ­
диохимиков .
Одним из первы х м етодов в ыделения р адиоактивн ых изо­
топов без носителя был м етод отд а ч и . С у т ь его з акл ю ч а ется
в следующем. При в з а и м одействи и ядр а ато м а с к а кой-либо
б о м б а рдирующей ч а стицей оно получ а ет дополнительную
к инетическую энерги ю, то есть энергию дви ж ущейся ч асти­
цы , кот ор а я помогает ему, г рубо говор я , « в ы р в аться и з
о бъятий» химических связей с други м и ато м а м и . П оскольку
в ы р в а вшийся атом обычно ионизиров а н , л ишен ч а сти своих
электронов , то, и спользуя свойств а ионов п р итягив аться
к противопол о ж н ы м з а р ядам , т акие ато м ы можно «соби­
р ать» н а пл асти н а х , з а р яженных отр и ц ател ь н о. И м енно так
были в п е р в ые выделены и и денти фициров а н ы в сего 17 ато­
мо в элемент а мендел ее вия . Порой уда ется п ри м енить и более
п р остые м етоды. Т а к , п р и облуч ении окиси м агния дейтрона ­
м и п о р е акции
получ а ется р адиоакт и вный изотоп н атр и я , котор ы й из м ише­
ни м ожно п р осто в ы м ыть в одой , поскольку окись м а гния
в в оде н е р аств о р и м а .

1

ФА&РИИА
и з ото п о в

В ско р е по с л е то г о к ак ученые пол у чил и п е р в ы е ис к у сст­
венные р ад и оактивные изотопы , в ы яснил о с ь, что с а м ы м и в ы ­
г одны м и с э не р ге т ическо й точки з рения о к а з а л и с ь р е а к ц и и ,
п р и кото рых ядр а в з аи м оде й ствуют н е с з а р яженным и ,
а с не й т р а л ь н ы м и ч а ст и ц а м и, с не й тро н а м и . В о т об этих
ре а кция х и п о й дет речь.
Н Е R ТРО Нi Ы И УР А Н

И стор и чес ки п ерво й яд е рно й реакцие й , кото р а я п р и в ел а

к о б н а р ужени ю не й тронов , было в з а и моде й ствие а л ь ф а - ч а ­

с тиц с бериллием . Одн ако не й троны, к а к о к а зал о с ь впос л е д­
с т в и и , м о ж но п олучать и другими путя м и , н а п р и мер п о
р е а кц и и :
11
5

В

4
+ 2

Не

-

14
7 N

+

·1
0 п

·

И з вестен еще один способ , п р и в одящи й к р ожд е ни ю не й ­
т р онов . Т а к , они в о з н и к ают п р и де й ствии п ротонов н а м и­
ше н ь , с одержащ ую и з отоп л ития :
7 L·

3

1

+

1 Н - 7 Ве +
1
4

'п ·
о

П олучающиеся п о р а з личн ым реакциям н е й т р о н ы обл а ­
д а ют р а з но й скорос т ь ю , р а з н ы м и энер ги я м и .
Н е й троны оказ а л и с ь превосходн ы м и «с н а ря д а м и » дл я
«об стрел а » ато много ядр а . В едь они не имеют з а р яд а , а сл е ­
до в а тел ьно , не будут , к а к альф а - ч астицы и л и п р отоны, от ·
308

т а лкив аться п ол ожител ьно з а р яженными ядр а м и . Ученые
с р а з у же в з ял и нейтрон на « в ооружен ие». П е р в ы м ср еди н их
б ыл итальянский ф и з и к Э н р и ко Ф ер м и . В р ез ультате его
экспе р и м ентов в ы я снил о сь , что бол ьш и нство элементов пе­
риодической системы в з а и м одействует с нейтр о н а м и . Особен­
н о хорошо п р отекал и ядер н ы е р е а кции с т а к н а з ы в а ем ы ми
медл енным и нейтро н а м и .
И з ф изики известн о , ч т о есл и катящийся ш а р ик сталки­
в ается с н еподвижн ы м , н а и бол ьшее количество э н ер гии ( ил и
м ак с и м альную скорость) н еподв ижный ш а р и к пол учит в том
сл учае , когд а м а ссы обоих ш а р иков р а в-н ы . То ж е с а м ое про­
исходил о и с нейтрон а м и . Лучше в сего они з а м едл яли сь п р и
с оударениях с ядр а м и атомов в одор ода .
Одн а ко пр и этом однов р е м енно может п р о и сходить р е­
акция :
1 н + 1 n 2 Н + 1!
1
о

1

В н а стоя щее в р е м я лучшим з а м едли телем для нейтронов
считаетс я т яжел а я вода , содер ж а щ а я в своем сост ав е вме2
сто обычного в одо рода атомы его изотоп а дейтерия
1 Д,
а т а кже гр а фит. И дей т ер и й и гр а ф и т п р актичес ки не в з аи ­
м одей ствуют с нейтр о н а м и , то есть не п оглощают, а лишь
з адерживаю т их.
В р ез ультате з ахват а ядр а м и м едл ен ных ( ил и в ообще
л ю бых ) нейтронов ч аще всего испускается г а м м а-к в ан т и
о б р а зуются изотопы тех же элем ентов, но с м а ссовы м числ оС1>1
н а еди н ицу б ольше. Одн ако в н екото р ы х сл у ч а я х после з а­
х в а т а м едле н ного нейтр о н а из о б р а з о в авшегося возб ужден­
ного ядр а м ожет в ы л етать п р ото н ил и а л ь ф а - ч астица:
14 N + ,

Оп

7

1�

В+

�

п

_ 14 С + t н .
6

----

1

r

; Lт + � Не ·

В н а ч ал е 1 934 года Ф е р м и н а ч а л изуч ать действ ие м едл ен­
ных нейтронов н а ядр а у р а н а . Р ез ул ьт аты этих экспери м ен­
тов п р евзо шли в се ожид а н и я : в п родуктах в з а и м одей ст вия
уда л о сь об н а р ужить неизвест ны е изотопы каких-т о элемен­
тов , и опускающи е бет а -ч а стицы. Н о какие? П редположи ли,
что в з а и м одей ств и е у р а н а с нейтр о н а м и п р о исходит п о схеме:
309

Но о б р азующийся из отоп ур ана , к а к считал Ф е р м и , не
мог быть стабильным и легко испускал бета-ч астицы :

Поэтому Ф е р м и в ы с к а з а л мысль, что п р и в з а и м одействии
ур а н а с н ейтр о н а м и о б р а з уется цовый, не в стречающийся в
п рирод е элемент, кото рый в пер и одической системе долж ен
был р а сполагаться за у р а ном . И хотя п е р в ы й з аур а новый
элемент - н е п туний - б ыл получен и м енно таким способом,
оказ алось, что в опытах Ф е р м и ф игур и ро в ал совсем н е он . . .
Что и м е н н о получ ается в резул ьтате « б о м б ардировки »
ур а н а н ейтрон ам и , в з я л и с ь в ыяснить ф р ан цузский ученый
Ф р едер и к Жол и о - Кюри и сер б С а в и ч . Они п р и шл и к неожи­
да н н о м у выводу: в п р одуктах в з а имодействия ур а н а с ней­
трон а м и п р исутствует элем ент № 57 - л ан т а н . Это б ыл о
удивительно и непонятно : и ск ал и тр а н су р а н ы , а о б н аружили
эл емент середины т а б л и цы М ендел еев а . О бъяснил и непонят­
ное явление н емецкие р адиохимики Ган и Ш т р а с с м а н н ли ш ь
в 1 939 году.
П р и р одный ур а н , как в ы я снили ученые, состоит из смеси
трех изотопов с м ас с о в ы м и числ а м и 238, 235 и 234. Пе рвого
из них, ур а н а -238, в п р и р одном у р а н е 99,28 п р оцента;
у р а н а -23.1) - только 0 , 7 1 про­
цента , а урана-234 - и то­
го м еньше. И вот о бн а р у ­
жилось, что с м едленными
нейтронами ур ан-235 в з а и­
м одействует очень своеоб­
разно. Это п р и в одит к со­
вершенно новой ядерной ре­
акци и . Обр азов авш ееся ядр о
изотопа ур а н а -236 в место
бета - ч а стицы
испускан и я
310

распадается н а два оско л к а п р и м е р н о р а вной м ассы с одно­
врем е н н ы м « р ождением » двух или трех нейтронов . Схему та ·
кого в з а и м одейств и я ур а н а -235 с нейтроном можно п р едста­
вить следующим о б р а з о м :

П р и т а кой. р е а кции в ыделя ется г р о м адн а я э н е р г и я и о б ­
р азующиеся осколки с бол ьшой скоростью р азлетаются
в р аз н ы е стор оны.
Э т о н а в ел о ученых н а м ы сль о воз м ожности п р о в едения
цепной р е а кции. В едь в ыделяющиеся нейтроны могл и и
дальше в з а и м одействовать с н о в ы м и ядр а м и ур а н а . Прошло
немного в р еме ни, и в 1 942 году впервые в истории человече­
ств а людям удалось пров ести первую цепную ядерную
р е а кцию.
КАК У СТР ОЕНА Ф А&РИКА ИЗОТОПОВ

Д а в а йте более п одр обно р азберем р е акцию м ежду ядр а ­

м и ур а н а-235 и н ейтр о н а м и . П р и этой р е а кции н а к аждый

и з р а сходо в а нн ы й нейтрон появля ется два или тр и новых.
Однако необходимо учесть несколько обстоятельств.

31 1

В о - п ер в ы х , обр азуются «б ыстр ые» нейтроны, о б л адающие
бол ьшой энергией, и , чтобы они мог л и в з а и м одействов ать
с нов ы м и ядр а м и у р а н а-235, их необходимо з ам едлить.
В о-вторых, п р и родн а я смесь изотопов ур а н а содержит
в основном изотоп с м ассовым ч ислом 238, кото р ы й тоже
может в з а и м одействовать с нейтр он а м и ( с м . ур а в н е н ие на
стр . 3 1 0 ) .
И , в-третьих, если количество ур а н а , п р и н и м а ющего уч а ­
стие в ядер ной р е акции, н евелико, т о обр азующиеся нейтро­
ны могут на своем пути н е встретить н и одного ато м а ур а­
н а -235 и ул ететь за п р еделы уранового б л о к а , так и не со­
вершив больше н и одного дел е н и я .
Очевидно, все э т и ф а кторы необходимо учиты в ать, чтобы
цеп н а я реакция дел е н и я п р отекал а успешно.
Казалось бы, п р още всего отдел ить ур ан-235 от у р а н а -238.
Тогда в большой м ассе в еществ а нейтроны уж е н е смогут
в ыл ететь за п р еделы у р анового блока , н е совершив п о пути
н и одного дел е н и я . Не нужно беспокоиться и о з а медл и ­
тел е нейтронов : с а м и ядр а ур а н а спр авлялись б ы с этой за ­
дачей.
Н о у р а н -235 в ыделить в сов ершенно чистом в иде крайне
трудно. В едь дл я р аздел е н и я из отопов нельзя воспользов ать­
ся хим ическими м етод а м и и п р иходится опир аться лишь н а
очень н ез н ачител ьную р аз ницу в и х ф и зических свойств ах.
Кроме этого, п оскольку кол ичество нейтронов п р и дел е н и и
возр а ст а ет л ав инообр азно, н е т н и к а кой возм ожности упр ав ­
л ять т а кой р е а кцией. Н аш кусок у р а н а м ом ентально б ы
в з о р в а л с я , к а к только б ы м ы п р евысил и е г о к р и тическую *
м а ссу.
Именно на т а ко м п р и нципе основ а н а а то м н а я б о м б а . Бе2зs
рут дв а куска у р а н а (обога щенного изотопом 92 U) с м асс а м и м еньше критической, н о с сумм а р н ой м ассой, п р евос­
ходящей кр итическую , и пом ещают на некотором р асстоянии
друг от друга. В о п р еделенный момент в р е мени при помощи
специ а льного м е х а н из м а о б а куска у р а н а сдв и гаются, п р о­
и сходит быстрое увеличение числ а нейтронов ( а сл едов а ­
тельно, а ктов дел е н и я ) и в з р ы в .
Тут м ы долж н ы нем ного отвлечься о т н а шей основной
• К р и т и ч е с к а я м а с с а - минима л ьно е ко личество
м а териала, в кото р о м еще может идти цеп н а я реакци я .
312

де лящегося

цел и и р ассказать о б одном в ажном свойств е , которым об­
л адают ядр а атомов химических элем ентов. В н а стоящее
время известно, что ядро любого атом а и м еет диа­
м етр I 0- 1 3- I 0-1 2 квадр а т н ы х сантиметр а . Поэто м у площадь
поперечного сечения ядра можно для в сех ядер п р и нять р а в ­
ной п р и б л изительно 1 0-24 са нтиметр а . Эта еди н и ц а в ядерной
физике получ и л а специальное н аз в а н и е « б а р ю> . Сам нейтр о н
и меет п р и м е р н о т а кую же пл ощадь п о п е р ечного сечения.
И вот при изучении в з а и м одействия нейтронов с р азлич­
н ы м и ядр а м и ученые подметили и нтер есную особенность.
О к а з алось, что ядр а р азличных эл ементов при в з а и м одейст­
вии с нейтрон а м и ведут себя неодин а к о в о : одни как бы
уменьш аются в р азмере п р и п р и б л ижении к ним нейтро н а ,
а другие становятся «тол ще».
П о п р о буем объяснить это явление н а гл яднее. Пусть м ы
стреляем в пятикопеечные монеты, лежащие п л а ш м я н а сто­
ле на н е котор ом р а сстоян и и др уг от друг а , ш а р и к а м и,
и меющи м и д и а м етр, один а ковый с пятикопееч н ы м и мо­
нета м и . Здесь возможны только два в а р и ан т а : некоторые
ша р ики поп адут в монеты, а некотор ые - в п р о м ежутки
между н и м и .
Н е т о п р оисходит п р и в з а и м одействии ядер с нейтрон а­
м и. Допусти м , что р асположенные п л а ш м я на стол е пятико­
пеечные монеты вдруг стали на р е б р о - в едь тогда значи­
тел ьно больше ш а р и ков поп адет на пустое место, чем в них.
Можно п р едст а вить, что наши пятикопееч н ы е м о н еты пр и
п рибл ижении к н и м ша риков вдруг ст али р асти и в ыросли
д о р аз м еров блюдца или т а р е.11к и . Тогда почти все ш а р ик и
попадут в н их и л и ш ь нем ногие - на непокр ытую мон еТJ{ а м и
ч асть стол а .
И м е н н о т а к и в едут с е б я ядр а н екоторых э.11ементов п р и
в з аи м одейств и и с нейтр о н а м и . Н ап р и м ер , сечение реакции
п р и в з а и м одействии нейтронов с кисл о р одом сост авл яет все­
го лишь 0,00022 б а р н а , то есть создается впечатление, будто
ядро к и слорода «похудело » в пять тысяч р аз ( п р и услов и и ,
1·юнечно, что л ю б о е столкновение нейтр о н а с ядром п р иводит
к в з а и м одействию ) . С другой стороны, сечение а н алогичной
р е а кции в с луч ае г адол иния сост а в л я ет 30 тысяч б а рнов ;
ядро к а к бы « р асширилось» в 30 тысяч р аз . Д л я п р иродной
смеси изотопов кадмия сечение реакции состав ляет 2 900 бар­
нов. Т а кое поведение н е которых веществ м ожет быть исполь313

зовано для п оглощени я нейтронов, о чем м ы еще будем го­
в о р ить дальше.
В от теперь м ы уже з н аем достаточно, что бы п р едст а в ить
себе, как р а ботает « ф а бр и к а » изотопов. С а м а « ф а б р и к а » но­
сит н а з в ание ядерного р е а кто р а . В центре его р ас положены
ур ановые стержни, з а ключенные в м еталл ические о б олочки,
ч а ще в сего изготовл енные из алюминия. Ур а н , н аходящийся
в стержнях, обогащен изотопом ур а н а -235. Стержни отделе­
н ы друг от друга сл о я м и г р а фита, который служит з амедли ­
телем нейтроно в . В нем сдел а н ы отверстия и для к адмиевых
стержней , которые необходи м ы для регул ирования ядерной
реакции. Гр а фит обычно окружают слоями отр ажател я ­
в еществ а , хорошо отр ажающего в ыл етающие �ейтроны. Все
это окруж а ется дополнительно тол стым сл оем бето н а ,
с к в о з ь который н е м ожет « п робр аться» в ыделяющееся п р и
ядер н ы х р е акциях излучение.
Как же р а ботает эта « Ф а бр и к а » ? При з акл адке ур ановых
стержней кадмиевые стержни в в едены в гр а ф ит п олностью.
Поэтому п р а ктически все нейтроны поглощаются ими. З а ­
тем стерж н и медл енно п одним ают, и н ач ин а ется р еакция де­
л е н и я ур а н а . Но к а к только появляется з н а ч ител ьное кол и­
чество нейтронов , кадмиевые стерж н и снов а в в одятся в гр а ­
ф ит. Т а кую р егулир овку проводят д о 1 ех п о р , п о к а т а к н а ­
з ы в а е м ы й коэф ф ициент р азм ножения нейтронов не стано314

вится р авным единице: н а один изр асходованный нейтр он
о б р аз уется один новый , способный п р о вести новое ядерное
делени е.
В результате ядерных р е акци й , п р отекающих в ур ане,
образуются р адио активные изотопы м ногих элементов, р ас·
положенных в середине пер иодической системы. В «оскол­
ках» дел ения м ожно о б н а ружить изотопы элем ентов с по­
рядковыми номер а м и от 3 0 ( ци н к ) до 63 ( европий ) . Изотопы
других элем ентов получ аются при так н а з ы в аемых р е акциях
р а сщепления ур а н а . « С н арядами» в этом слу ч а е служ ат
протоны в ы соких энергий, р азогн а н н ы е до больших скоро­
стей на ускор ителях.
Р е а ктор с мощностью в 1 О О О килов атт ежесуточ н о дает
около полуто р а г р а м м ов различных осколков делен и я .
П о м и м о р адиоактивных изотопов, п р и р а боте ядер ного
ре аrпор а в ыделяется гром адное кол ичество теп л а . В с а м о м
деле, известно, что кинетическая э нергия р аз л ет а ющихся
осколков деления близка к 3 , 2 I 0 -4 эрг. П р и дел е н и и гр а м м а
уран а , 2 , 5 . 1 02 1 ядер
��U, в ыделя ется энергия, р ав­
ная 8 1 0 1 7 эрг, или 22 тыся ч а м килов атт-часов . Поэто м у
р а ботающий р е а ктор необходимо охл аждать, а воду мож­
но и спользов ать в п аровых электр ических тур б и н а х . Т а к и м
о б р а з о м , однов р еменно с производством р ад и о а ктивн ых
изотопов ядерный р е а ктор автоматически может служить
атомной электростанцией. Конечно, это его главное на­
значение.
·

·

315

Ч удес н а я « ф а б р и к а » не только дает н а м р адиоа ктивные
изотопы, необходимые в р а зличных обл а стях н а уки и техни­
ки, не тол ько п р едоставляет воз можность получ ать электро­
энер г и ю , но и вдо б а в о к ко всему ... обеспечив а ет себя то п ­
л и вом !
П р и в з а и модей ств и и изотопа у р а н а-238 с нейтр о н а м и
обр азуется нестабильный изотоп у р а н а с м ассовым числом
239. Этот изотоп путем последов ательного испускания двух
б е т а - ч а стиц прев р ащается в элемент № 94, п л утоний , кото­
рый о б л ад а ет довол ьно большим пер иодом п олур асп ада,
р а в н ы м 24 тыся ч а м лет.
Плутоний по способности к процесс а м дел е н и я очень схо­
ден с ураном и может быть и спользов а н в виде «горючего»
вместо м ало р аспростр аненного изото п а у р а н а -235. Р е а ктор
м ощностью в 1 ООО киловатт при дел е н и и одного г р а м м а
у р а н а м ожет дать ежесуточно окол о 2 г р а м м ов плутония,
то есть с лихной возм естить потер и ур а н а -235. Т а кие р е а кто­
ры, р аботающи е п о п р инципу воспроизводства ядерного го­
рючего, получи л и н а з в а н и е бриддеров, или р аз множ ителей.
Несомненно, у ядерных р е а кторов, в ыдел яющих гром ад­
ные количеств а тепл а , позволяющих получать р адиоактив­
н ы е изотопы и воспроизводящих яде рное горючее, большая
будущность в мирном использов а н и и атомной энергии.

1

В ЕН
И С К У С С Т В Е Н Н ЫХ
З П Е М ЕНТО В

В 1 93 7 году в циклотроне К а л и ф о р н ийского университе­
та родились первые атомы элемент а , н и когда и никем р анее
н е о б н а руженного в п р и р оде. Это событие откр ыло в е к ис­
кусств енных элементов. Но в те дни оно п р и в л е кл о к себе
в н и м а н и е лишь узкого круга ученых.
Авторы открытия - и т а л ья нцы Перье, Сегре и Ка ккьянуо­
ти - р а ботали в небольшом университетском городке Б е р к­
л и , в Соединенных Штатах. В ц икл отроне в течение н есколь­
ких м есяцев облуч ал ась ядр а м и тяжелого в одород а неболь­
ш ая молибденовая пл асти н к а . С ней было выполнено не­
сколько тщательных опытов. Ученые н адеял ись о б н а руж ить
к а кой-ни будь новый р ад и о а ктивный изотоп. Их н адежды
опр авдались. Счетчик з аф иксиров ал р асп ад неизвестных
изотопов. Со всей возможной быстротой они были переведе­
ны в р аствор и подвер гнуты п р иста льному изучени ю . С коро
в ы я с н илось, что изотопы п р и н адл ежат новому, н е встреч аю­
щемуся в п р и роде элем енту.
Рожденный в сол нечной К а л и ф о р н и и , первый и скусствен­
ный элем ент оказался н а стоящим ю ж а н и ном. Его а то м ы из­
луч а л и горячее р адио а ктивное дыха н и е . Это было своеобр аз­
ным п р едупреждением о грозных сил ах, скрытых в н утри
а томного ядр а .
Новый элемент быстро р ас п ад а л с я , и потреб о в а л а сь дей­
ствительно в иртуозн ая тех н и к а , чтобы п р овести точные р а­
диохимические опыты. По свойств а м п е рвый искусственный
эл е м ент н а п о м и н а л рений и м арганец. И так как он о б р а зо­
вался п р и облучении атомов моли бден а с з а рядом ядр а, р а в­
н ы м 42 ядр а м тяжелого водорода с одним положительным
317

з а р яд о м , н е ост а в а л ось сомнений, что, н аконец, получен эле­
мент № 43 - неул о в и м ый э к а м а р г а н е ц Мендел еев а .
В ближайшие тр и год а удалось получить т р и других н е
встречающихся в п р и роде элемента : № 61 - в 1 937, № 8 7 в 1 939 и № 85 - в 1 940 году. В результате в пер иодической
систе м е м ежду водородом и у р а н о м исчезли все сво бодные
мест а .
Н о этому к р атко м у п е р иоду успешных синтезов п р едше­
ствов а л и почти 70 лет кропотливых исследов а н и й и р азоча­
ров а н ий, ч а сто неожида нных.
« Э Л Ь Д О Р АДО » И СЧЕЗНУ В ШИ Х ЭЛЕМЕНТОВ

1 869 год. Мол одой Мендел еев , только что откр ывший пе­
р и одический з акон, п р едсказ ы в а л , ч то химики -скоро о б н а р у­
ж а т в п р и родных м атер и ал а х новые элементы. Ч е рез не­
сколько л ет ф р а н цуз Б у а б одр а н , швед Нильсон и немец
В инклер откр ы л и э к а алюминий, эк а бор и экакремний Мен­
делеев а . Е ще к аких-ни будь 12 л ет - и в п е р иодической таб­
л ице удачно р аз м естил ись инертные газы, а к 1 92 1 году на­
шло свое постоянное место редкоземельное семейство.
П е р иодическая сиетем а , р аньше пестрев ш а я бел ы м и
кл еткам и неизв естн ых элем ентов , превр ати л а с ь в строгий
п р я м оугол ь н и к хим ических сим волов, логическая непрерыв­
ность которого отр ажал а основной з а кон неорганической
п р и роды. Между тем в ней в 1 925 году все еще м ожно было
отыскать четы р е свободных м еста .
Н ез анятые клетки таблицы привлекали к себе в н и м а н ие
хим иков в сех стр а н и континентов . З аявки на новые элемен­
ты сл едов а л и одн а з а другой. Каждый спешил обеспечить
себе ж ел анный приоритет. Но п р оходи ло несколько л ет, и
сообщения о к а з ы в а л и с ь опр овер гнуты м и . Постоян н а я смена
кр атковременных удач и неожиданн ы х р аз оч ар о в а н и й была
как гор я ч а я п о р а з олотой л ихор адки в н о в елл а х Джека Лон­
до н а .
В 1 925 году немецкие хим ики Ида Т а ккэ, В ал ьтер Нод­
дак и Отто Б е р г сообщили , что обнаружен ы элем енты № 43
и 75. Открытие было р езультатом долгих кр опотл ивых по­
исков. После нескольких л ет неп рер ывной р а боты удалось
выделить из м и н ер ал а колумбита элемент № 75 - р е н ий и,
318

казалось, о б н аружить в пл атиновых р удах п р и меси э ле м ента
No 43 ( м азурий ) . 5 сентября 1 92 5 года Ида Т а ккэ прочла
в Немецком химическом обществе в Н ю р н б ерге первую лек­
цию о новых элементах.
В том же 1 925 году чех Гейровский подозрев ает, что эле ·
м енты No 43 и 75 содерж атся в соля х м ар г а н ц а .
В следующем году а м е р и к а н е ц С м ит Хопкинз опублико­
в ы в ает результаты шестилетних поисков элемента No 6 1 .
Хопкинз считал , что ему удалось, н аконец, о б н а ружить не­
улови м ы й редкоз емельный элем ент в в иде п р и м ес и к ч и ­
стейшим солям неоди м а и с а мария.
Одновременно об откр ытии шестьдесят первого элемента
сообщил профессор Нью-Хемпшир ского университета Ч а рлз
Джейм з.
Но права н а этот элемент п р едъяв ил тэ_кже Луидж и
Р олл а из Королевского университета в о Ф лоренции . В ы ясн и ­
лось, что элемент No 6 1 о б н а р уж е н и м еще в июне 1 924 го­
да и н а з в а н флоренцием, а сообщение об открытии уже два
года х р а нилось в о Флорентий ской академии н аук.
Тогда же чех Друце и англ и ч а н и н Лор инг в п е р в ы е упо­
м и н ают о б элементе № 87.
Между 1 929 и 1 932 год а м и а м е р и к а н ец Фрэд Элисон
с помощью тол ько что р аз р а ботанного им м аг нитооптическо­
го а н а л и з а ( м етод впоследств и и оказался непр а в ильным
в основ е ) «открыв ает» элемент № 87 ( вирджин и й ) и 85 ( ал а ­
б а м и й ) в л итиевых и цезиевых минер ал ах.
В 1 93 1 году профессор а Корнел ьского универ ситета Дже­
коб Пэпиrn и Юджи н В ейнер как б удто бы о б н а р ужив ают
элемент No 87 в м инерале с а м ар ките, а Густа в Аортов а а р а
и з Хельсинкского университета - в ф и н ском полевом шп ате.
Наконец, румын Хор и а Холубей соо бщает об откр ытии
элемента No 87 - молдавия - в минер але поллюците.
Но ни одно из этих сообщений н икогда не было под­
тверждено. А з атем оказ а лось, что даже с а м ы е тщательные
поиски были з ар анее обречены на неудачу.
Объяснение пришло после р а бот н е м ецкого ф и з и к а М ат­
таух а . Изучая устойчивость р аз л ичных изотопов, о н пока­
з а л , ч т о у элементов № 43 и 61 должны б ыть только н е ­
устойч и в ы е р адио а ктивные изотоп ы .
К этому времени б ы л о твердо установлен о : изотопы
всех элем ентов с порядко в ы м и номе р а м и больше 83 н еустой319

ч и в ы . П оэтому в п р и р оде элементы № 85 и 87 м огут сущест­
вов ать только, если в р е м я , за которое они полностью р аспа­
даются, больше возр а с т а З емли. Или е с л и они неп р е р ывно
обр азуются и в наши дни при р аспаде других р адиоактив­
ных элем ентов . Т акие возможности м ожно б ыл о п р едусмот­
реть и для 43-го и 6 1 -го элем ентов .
Б езуспешные 70-летние п о иски опроверг а л и первую воз­
можность. В п р одуктах р ас п ада известных р адио активных
элем ентов - у р а н а , тор и я и а ктиния - не удалось о б нару­
жить даже следов изотопов с порядI<овыми номе р а м и 43, 6 1 ,
8 5 и 87. Если о н и и о б р азуются п р и р а с п аде ур а н а , тория и
актиноур а н а , то п е риод их полур асп ада слишком м а л . Эти
изотопы , еще не успев н акопиться в з а м етной концентрации,
тут же исчез ают, п р ев р а щ аясь в другие, болеЕ устойчивые.
1 1 о б н а р ужить их в п р и р одных м атер иал ах обычными мето­
дами было бы почти нев озможно.
Р азочаров а н ие ученых, одн ако, было непр одолж ител ь­
ным. Ровно через т р и год а в ф изике и химии н а ступил век
и с кусственных элементов .
ТЕХН Е ЦИ А , ПIР О МЕТ ИА, АСТ АТ, ФIРАНЦ И А .. .

Ср азу же з а технецием (№ 43) был синтези р о в а н н еул о­
в и м ы й элемент № 6 1 . Е го изотопы обр азовы в а л и с ь при бом­
б а рдировке ядр а м и водорода р едкозем ельного элем ента
No 60 -- н еоди м а . Ускоренные в циклотр оне ч а стицы с одним
положительным з а р ядом , сли в аясь с а то м а м и неоди м а , дали
но вые яд р а с з а р ядом 6 1 .
Можно считать, что элемент No 87 изв естен еще с 1 9 1 4 го­
да. Т о гд а три венских х и м и к а : С. Мейер , Ф. Гесс и Ф. П а ­
нет, - обр атил и в ни м а н и е , ч т о чистый а ктиний р а сп адается
в двух н ап р авлениях. Хотя большая его ч асть испускает бе­
т а - ч а стицы, некото р ы е атомы, м еньше одного п р оцента, в ы ­
деля я альф а -ч а стицы , пер еходят в н еустойчивые р адиоак­
тивные изотопы с з а р ядом ядр а 87 - а ктиний К . Но в то
в р е м я трудно было поверить, что быстро р а сп адающиеся изо­
топы м огут п редст авлять в периодической т а блице с а м остоя­
тельный э л е м е нт. В скоре н а ч алась войн а , и о только что по­
лученных изото п а х н адолго з а были.
В 1 939 году - на этот р аз в р азгар второй м ировой вой320

н ы - п ар иж а н к а М а р г а рита Пер ей повторил а ста р ы е опыты.
И теперь у нее н е было сомнений, что актиний с з а ря­
дом 89, излучая ядра гелия с з а рядом 2 , пер еходит в н о вый
эл емент - № 87.
Почти одн овременно в а м е р и к а нском гор одке Б е р кли,
где р асположен Кал и ф о р н и йский университет, под руковод­
ств ом Л о р е н с а достр а и в ался большой 60-дюймовый цикло­
трон. В нем скоро родились с а м ы е тяжелые элементы н а
З ем л е . А п о к а в циклотр оне подвергся облучению ядр а м и
гел ия м еталлический в и с мут. И з м ишени после б ы строй х и ­
мичес кой о б р а ботки удалось в ыделить п осл едний искусствен­
ный элемент с порядко в ы м номер о м меньше девяноста
двух - № 85.
В этом слу ч а е нел ьзя было и сходить и з элемента № 84 полония. Полоний с а м р адио а ктивен и п р исутствует н а З е м­
л е в очень м алой концентрации. П р и шлось « п р о п устить»
один н о м ер и взять м и шень из в и с м ут а (№ 83) . И чтобы
восполнить н едостаток двух пол ожительных з ар ядов, висму­
тов ая м и шень облуч а л а сь ядр а м и гел ия , в р езул ьт ате воз­
никали атомы нового элемента с п о р ядков ы м номером 85.
Так за четыре год а оконч ательно иссякло «золотое Эль­
дор адо» исчезнувших элементо в .
П е р в о е в р е м я н и кому не к а залось стр а н н ы м , ч т о у н о ­
в ых элементов н е т химических н а з ваний. В те д н и о н и еще
н е получ ались в больших кол ичествах, н е были изв естн ы их
м н огие химические свойств а , н и кто не в идел даже самых
простых п р и н адлеж ащих им соединений. В с е эти элементы

32 1

казались м ило похож и м и н а хорошо изученные «кл а с с и ч е ­
ские» элементы п е р и одической систе м ы.
Но н еудобство ср азу почувств о в а л о сь, к а к т о ль ко н о в ы е
элементы п е р е с т а л и б ыть недоступны м и и сво йств а н екото­
р ы х из них оказ ались п одробно изучен ы. Первым о б р ати л
н а э т о вним ание в небольшой з а м етке в л о ндонском жур н а ­
л е « П р и р ода» п р о ф ессор П а н ет.
4 я н в а р я 1 947 год а в «Природе» появилось ответное п и сь­
мо Перье и Сегре. Они предл агали н аз в ать элемент .!\Го 43
технеци ем. Одно в р е менно была п омещен а з ап и с к а Кор сон а
и М а к- Кензи с п р едл ожением
н а з в а ть элемен т № 85 аста­
тино м , от греческого « а статос» - «неусто йчив ый » . Теперь его
п ереим еновали в астат. Маргарита Перей реши л а дать эле­
м енту № 87 имя своей р одины - ф р а нций.
Немного позднее элемент № 61 был н а з в ан п рометием в честь мифического тит а н а Про метея , похитившего у богов
огонь и подарившего его людям.
В н аши д н и в ср авнительно большом количестве произ­
водится только технеций. Он о бр азуется в ато м н ы х р е а ктор ах
при р ас п аде ур а н а : 26 миллигр а м м о в технеция н а к аждый
гр а м м ур а н а - 235.
Технеций р асположен в седьмой группе п е р и одической
системы м ежду м арганцем и рением. По химическим свой-

• •.

322

}( А К толь:ко Д'Е:ти П ОДРО �ЛИ , !! ОД'ИТ ЕtlИ
:В Ы НУЖ Д ЕНЫ Б ьIЛИ Д.41'{, ;:� м И.МЕF!А • . .

ств а м технеций больше
н а п о ми н ает рений. К а к
и р ен и й, о н о с аждается
из щел о чных р а створов
с е р о в одо р одо м .
Буквально в п о сл ед­
ние годы установлено,
что пертехнетаты - кр а ­
сивые, я рких оттенков
к р и сталлические соедине­
ния технеция - м огут
п р едох р а нять железо от
р ж а в л е н и я . Р адиоактив­
ный технеций помог по­
нять сущность процессов
кор р оз и и и м еханизм за­
щиты о т н ее. С п о м ощью
счетчика Гейге р а м ожно
следить з а м ного о б р аз­
п е р емещ ен и я м и
ными
а т о м о в технеция ,
когда
металлической по­
на
п р о и сходит
в е р х н о сти
сложн а я б о р ь б а м ежду
вл а гой и
кисл о р одом ,
и о на м и пертехнетата.
В
п р отивопол ожность
и с кусствен ному
синтезу
технеция н а З ем л е от­
к р ытие больших кол и честв элемента № 43 в а т м о с ф е р е некоторых з в е з д произ вело
н а стоящую сенсацию. Так как пер и од полур а сп а да н а и б олее
долго ж и в у щего изотопа технеция в сего 2 1 6 тысяч лет,
а в о з р а ст звезд исчисл я ется букв ально а строном ическими
циф р а м и , оставалось допустить, что элемент непрерывно
рождается в звездах и в н а ш и дни. Это, в свою очередь ,
при подни м а л о з авесу н а д тайной прои схождени я х и мических
элементо в .
В атомных р е акто р а х н а ка пл и в а ется т а кже другой и скус­
ственный элемент - п р о м етий. Это редкоземельный трехва­
лентны й м еталл. О н обр азует красивый хлорид желтого цве323

та и розовую азотнокисл у ю соль. Е го свойств а очень похожи
н а свой ств а соседних р едкоземельных эл ементов - неоди м а
и самария.
В н а ш и дни и м я п р о м етия связ а н о с атомными б атарей­
ками, преобр азующими энергию р ад и о а ктивного р а спада
в электрический ток. О дн а такая б а т а р ейка - величиной
с м а ле нькую пуговицу - м ожет р а б отать без « п ереза р ядки»
в течение 5 лет. П р о м етиевые б а т арейки - это изящные
радиоприемники-кл и п с ы , к рошечные слуховые а п п а р аты и
м и н и а тю р н а я электр о н н а я а п п а р атура космических р а ке�
Сейч а с считают, что технеций и п р о метий непрерывно об­
р а з уются в п р и р оде при спонтан н о м делении ур а н а . Но из­
з а м ал ых пер и одов п олур а спад а о н и не могут накопиться
в з а м етных количеств а х - в одн о м гр а м м е у р а н а содержит­
ся одновременно только 0,000 ООО ООО ООО ООО 0 1 ( I 0 - 1 7 ) г р а м ­
м а п р о м етия и е щ е меньше технеци я . О б н а ружить э т о коли ­
честв о с п о м ощью о б ычных м етодов п о ч т и невозможно : о н о
успевает полностью р а сп а сться з а в р е м я хими ческого в ыде­
ления.
Т а к ж е неул о в и м ы два других элемента - астат и
фр анций. Теоретически они должны содерж аться в п р одукт а х
р аспада ур а н а : н а о д и н миллиард ч астей ур а н а несколько
ч а стей франция и еще меньшее количество а с та т а . Поэтш.·1 у
свойст в а астата и ф р а нция изучены очень сл а б о .
Аст ат до е г о синтез а считался неизв ес'ГН Ы М г а логено м
( н а п о м и н а ющим йод) . Н а с а м о м деле оказ алось, что он и ме­
е т металлические свойств а и б о л ь ш е п о х о ж на п о л о н и й и в и с ­
м ут. А с т а т осаждается из кисл ы х р а створов сер оводородом
и может быть в ыделен электролитически. В месте с тем, на­
п о м и н а я галоген ы , а стат о б р азует соединение HAt , похожее
на такое же соединение йода HJ.
ЭЛЕМЕНТЫ ТЯЖЕЛ Е Е УРАНА

Второе рождение исчезнувших с п о в е р хн о сти З е м л и тех­
н е ция, п р о метия, а стата и ф р анция прозвучал о кр атким
вступлением к синтезу элементов тяжелее ур а н а . Долгое
время и х безуспешно искали в п р и р оде.
Элемент № 93 считался сн а ч ал а а н а л о г о м м а р ганца и
рения, Как б ы в п одтверждение Л о р и н г и Друце открыл.и
новые л и н и и в спектр ах м а р ганцевого минер а л а пиролюзита.

324

В l 934 году О. Коблик «обн аружил » элемент № 93 в богем·
екай у р а н о в о й р уде и н а з в а л его богемием. В 1 938- 1 939 го ­
д а х Хул у бей и Кошуа во Фр анции «откр ывают» элемент № 93
в минер ал а х бет а ф ите с Мадагаск а р а и б р а з ильском мона­
ците и д а ют ему и м я секв ания «В честь древней цивили з а ­
ц и и , некогд а п р оцветавшей н а б е р е г а х Сены».
Н о э т и сообщения были пр еждев р е м енными. Скоро в ы я с­
нилось, что периоды полур аспада э л е м ентов тяжелее у р а н а
т а кже должны б ы т ь в о м н ого р аз м е н ь ш е возр аст а З е м л и .
Лето м 1 934 год а в жур н ал е « П р и р ода» п о я в и л а с ь необыч­
н а я з а метка Энрико Ф ер м и . Облучая нейтро н а м и ур ан, ему
удалось и скусственно получить первый элемент тяжелее ypa­
H C:J. . О п ы т ы Ферми были п одтверждены ровно ч е р е з год Ганом
и Мейтнер. Они считали, ч т о у р а н при облучении п е реходит
в элементы № 93-96. 19 м арта 1 937 года Резе р ф о рд с п о ­
мощью счетч и к а Гейге р а , п одключенного к громкоговор ите­
лю , п р одемонстрир ов ал в Б р итанском кор олевском институ­
те повышенную а ктивность облученного нейтрон а м и п р и р од­
ного у р а н а .
В 1 939 году б ы л о установлено, ч т о ядр а у р а н а , поглощая
нейтр оны, р аскалыв аются н а приблизительно р авные поло­
винки. Элементы № 93-96 оказались изото пам и давно от­
крытых и изученных л ан т а н а , цер и я , б ар и я , стронция . . .
П р и делении ядр а в ыделяется большое количество энергии
и несколько свободных нейтронов. « Горячие» половинки ур а ­
нового я д р а р азлетаются в против оположные стороны. Нейт­
роны поглощаются соседни м и ядр а м и , и те р асщепляются,
в свою очередь. Возникает л ав и н а нейтронов, и п р о цесс де­
ления в критический м о мент пере р а ст ает в о взрыв ч удовищ­
ной силы . . .
П о п ытка получить тр ансурановые элементы о з н а м енов а л а
н ач а л о атомного в е к а . С этого в р емени соо бщения о син­
тезе тех и л и иных транс у р ановых элементов - лишь ф р аг ­
м енты б о л е е о б щ е й и с т о р и и р азвития в л а сти. ч е л о в е к а н а д
энергией атомного ядр а.
Э н р и ко Ф ер м и - нобелевский л ауреат, «отец атомного
в е к а » - в 1 933 год у был твердо уверен , что элементы т яже ­
лее у р а н а скоро удастся получить и ск у сственно.
Учитыв ая место элементов № 93 и 94 в периодической
системе, можно было ожидать, что они б уд у т н апоминать
рений и осмий. Н о строение электронных оболочек говорило
325

о в оз можных отклонениях. Может быть, эти элементы вста­
нут в н ач ал е новой группы, подо бной р едкозем ельной?
В 1 94 1 году физи к-теоретик М а р и я Гепперт-Майер доказ ал а
м атем атически, что т а к а я груп п а в оз можн а .
Н о гл а в н ы м о б р а з о м и нтерес и с сл едователей был н а п р а в ­
лен к п р о цессу деления ядер ур а н а к а к источнику огр о мн ы х
количеств энергии. Процесс деления о с о б е н н о тщательно
изучался а м е р и к анскими ученым и .
В 1 939 году н есколько ф и з и ков К а л и ф о рнийского универ­
ситета измеряли р ассто я н и я , на которые р азлетаются осколки
деления, ста. р ая с ь о п р еделить и х энергию. Эдуард М а к-Мил­
.l! а н о б н а р ужил в тонком слое р асщепля ющегося ур а н а н о­
в ы е тяжелые ч астицы . Это были изото пы элемента № 93, о б ­
р азов авшиеся п р и з ахвате медленных нейтронов ядр а м и
ур а н а .
В 1 940 году существ о в а н и е н о в о г о элемента - н е птун и я было доказано химически. По свойств а м он больше н ап о м и ­
н ал ур а н , чем рений и м ар г ан е ц. Таким о б р а з о м подтверди­
лось п р едположение о новой группе тр ансур ановых эле­
ментов.
Почти в те же дни п р и р одный у р а н был п одвер гнут в ци к­
лотроне облучени ю ядр а м и тяжел ого в одорода. Обр азов ав­
ш и й с я нептуний, выделяя бет а - ч а стицы, р а сп ался до элемен­
т а № 94 - плуто н и я . З атем в п р одукта х деления был о б н а р у ­
жен е г о изотоп плуто н и й-239, к о т о р ы й р а сщеплялся м едлен­
ными нейтр он а ми так же легко, к а к ур а н -235.
1 8 а в густ а 1 942 года Кэнингэм и Вернер получили при­
.ме рно 500 миллионных долей гр а м м а ч и стых солей плутони я .
Из т а кого количест в а с трудом можно б ы л о бы изготовить
була вочную головку. Н о его о казалось достаточно, чтобы
провести подробное и с следо в а н и е всех основных свойств но­
вого элемента. К конц у 1 942 год а , то есть через 1 8 месяцев
со дня откр ыти я , плуто н и й можно было уже считать одним
и з самых изученных х и м ических э лементов .
НОВЫЕ ШАГИ ЗА УРА Н

Синтез

всех

других

тр ансурановых элементов связан

с и м енем американског о ф изика Гл енн а Сиборга. Это был

тщательно продуман н ый и п р едельно точно п одготовленный
326

технический поход в н е известную стр а н у сверхтяжелых
ато мов.
В сложно м л абиринте ядерных р еакций «нитью А р и адны»
сл ужила ан алогия свойств трансурановых эле ментов. Каж·
дый из них в о п р еделенном в алентном состоянии н ап о м и н ает
все более легкие и более тяжелые с той же в алентностью.
И систематические отклонения, н а р астая с к ажды м элемен­
том, о б р азуют четкую последовательность ф изических и хи­
мических свойств.
И еще одно с ч а стливое совп адение. Новая груп п а очень
похожа на классическое р едкозе мельн ое семейство. Т ак,
р едкоземельные
элементы вымыв аются р а створителями
с ион о обменной смолы ( н а п р и мер , с к атионита ) в строгом ,
ни когда не н арушаемом п о рядке. Этот порядок сохр аняется
и у тр ансур ановых элементов. В первых порциях р астворите­
л я - в сегд а самые тяжелые из них. В то же в р е м я ионооб­
менный м етод обл адает в ысокой чувствительностью. С его
п о мощью можно отделить друг от друга д аже несколько ато­
мов. Поэто м у существ о в а н и е почти всех тр ансур ановых эле­
ментов было доказано с п о мощью ионо обменных смол.
Когд а плутоний перестал б ыть дефицитным м атер и алом,
он т у т же был использо в а н дл я синте з а э лементов № 95 и
96. Это п р оизошло незадолго до окончания второй мировой
войны. П л утониевую мишень п одв е ргл и п р одолжительному
облучению аль ф а-ч астиц а м и , и н а ионообменной смоле из
п родуктов ядерной реакции был в ыделен н овый элемент № 95, назв анный в честь п ервых исследов ателей яде рных
превр ащений Марии и П ь е р а Кюри кюрием.
Н е много позднее Сиборг п р и готовил изотоп плутоний-24 1 .
Он, излуч а я э лектр оны, п р е в р а щ а лся в элемент № 9 5 - аме­
риций. Первым з а м етное ко личество а м е р и ция получил Кэ­
нингэ м . П р е п а р а т Кэн ингэм а был о бл учен нейтрон а м и , и
из него в 1 945 году В ер нер и Перл мен в ыдел или ч истый
кюрий.
Через некотор ое время а мериций и кюр и й ста л и получать
по н ескольку миллигр ам м о в однов р е менно, обл уч а я нейтрона­
м и п л утоний. В с его же дл я тщательного изучения свойств
этих элементов потр ебовался п р о м еж у ток в 5-6 л ет.
Теперь кюр иевые и а м е р и циевые мишени, в свою очередь,
б ы л и использов а н ы для синтез а элем ентов № 97 и 98. Он
был проведен в 60-дюйм о в о м циклотроне К а л и ф о р н ийского
327

университета в Б е р кл и . Б ыстр ые а л ь ф а - ч астицы, проникая в
м и шень, каждый р а з д а в а л и изотопы с п о р ядко вым номер ом
н а две единицы больше, ч е м у исходного элемента. Остава­
лось только быстро выделить новые элементы из р ад и о а ктив­
ных п р одуктов и, н а 1<0нец, н а з в ать их.
Когда и м е н а всех п л а нет в солнечной системе за Ур а ном
были по лностью «исчер п а н ы » , н а помощь пришл а « генеало­
г и я » редкоземельных а н алогов. Элементы No 95, 96 и 97 п о ­
х о ж и н а е в р о п и й , гадол и н и й , иттер бий, н а з в а н н ы е так в честь
континента Е в р о п ы , первого исследо в ател я р едкоземельного
семейства ф и н н а Гадол и н а и шведского го р одка Иттер б и .
Тра нсур а н о вые элементы п олучили и м е н а Амер ики, первых
иссл едов ателей ядер н ы х пре вр ащений супругов Кюри и уни­
верситетского городка Беркли. Более оригинально эту систе­
му уда лось р аспр остр а н ить и н а элемент № 98. По свойств а м
о н н а п о м и н ает диспр озий - по-гречески <<Труднодоступный».
С и б о р г и Джиорсо быстро вышли из з атруднительного по­
Jюж е н и я . Они учл и , что столетие тому н а з а д было очень труд­
н о достигнуть их р одного шта т а , и н а з в а л и новый элемент его
им енем - к а л и ф о р н и й .
Р ОЖД Е Н И Е

В

ЧРЕВЕ ДРАКОНА

В н о я б р е 1 952 года в отдаленном р а й о н е Тихого о к еана
н а несколько кил о м етров н ад повер хностью воды поднялс я
гр и б термоядерного в з р ы в а . С оединенные Штаты проводил и
испытательную опер а цию «Майк». Н а огр о м ной скорости
сквозь о б л а ко в з р ы в а прошли р е а ктивные с а м о л еты с укреп­
ленн ы м и в специальных к а м е р а х бум а ж н ы м и ф ильтр а м и .
Однов р еменно р ад и оактивные п р одукты были с о б р а н ы н а ока ­
з авшемся п о б лизости небольшом атол л е . Матер и а л ы отпр а­
в и л и для изучения в р азличные л а борато р и и С ША.
В Б ер к л и группе С и б о р г а сразу же уд алось о б н а р ужить
в н их атомы н о в ого элемента. Что б ы получить его в боль ­
шо м кол ичестве, н а атол л а х недалеко от места в з р ы в а был и
с о б р а н ы сотни килогр а м м о в кор алловых отложен и й . Под ко­
дов ы м н а з в а н и е м «до р о гостоящая грязь» р адио а ктивные про­
дукты поступили на дальнейшую о б р а б отку. « Гр я з ь» действи­
тельно оказалась до р огостоящей. Из нее ср азу же были в ы­
делены эл ементы № 99 и 1 00 - эйнштей ний и ф е р м и й .
Гленн С и б о р г с ч и т а е т , что эйнштейний - п о сл едний эле328

мент, который уда стся получ ить в з а м етно м кол ичестве. П е­
риод полур аспада более тяжел ых эл ементов сл ишком м ал,
и они мгновенно р асп адутся .
ПОД

ЭВОН

ПОЖАРНОГО ЗВОНКА

В 1 955 году выполнен с а м ы й изящный и н а и более сов ер­
шенный опыт в истор и и трансур а новых элементо в . В резуль­
тате п о следний достоверно установленный элемент современ­
ной п е р и одической та блицы был подтвержден в сего н а 17 ато­
мах.
С р азу же возникли з атруднени я . Н е б ы л о н адежды выде­
л и ть элемент № 1 0 1 на и о н о о б м ен н о й смоле. Ожидался сл иш­
ком небольшой период полур аспада - м еньше 10 м и нут. С а­
м а м и шень состоял а из исч езающе м ал о го колич еств а кал и­
ф о р н и я - около l м ил л и а рда а т омов. При ее облучении в
течение многих часов пучком а л ь ф а-ч астиц р ассчитыв а л и полу­
ч ить только один атом элемента № 1 0 1 .
По-видимому, м ожно было р ассчитыв ать только н а под­
тв ерждени е по энергии испускаемых а л ь ф а - ч а стиц. Но на
пути встало роковое сходство. Р ад и о а ктивный газ р адон, п р и ­
сутствующий в почти н е з а м етной концентр ац и и в воздухе,
ра с п ада ясь, в ы б р а с ы в а ет а л ь ф а - ч астицы р авной энергии.
Н о в а я возможность
п о я в ил а сь уже после
того, как о n ыты были
в р азгаре. Оказалось,
.No 1 0 1
что
эл емент
б ы стро
превр ащается
( № 1 00 ) ,
в
ф е р м ий
а томы кото ро го с п о ­
собны к с а м о произ­
вольному делению. Раосколки
дио акти вные
ч а стицы
ионизирую т
счетчИI<
и
воздух а,
фикси рует резкий ска­
чок ионизаuии.
Эл емент .No 1 0 1 был
п одтвержден одно й п а-

329

мятной ночью после долгих б езуспешных п опыток, о ко то­
рых лучше всего сможет р а ссказ ать непосредственный участ­
ник этого события - Гленн Сибор г:
«Атмосф е р а уныния ц а р и л а в н а шей л а бор атори и . Пр и
попытке синтезиров ать и идентифициров ать э лемент № 1 0 1
м ы в ы п ол н ил и р яд весьм а тщательных опытов, котор ы е ока­
зались неуд а ч н ы м и . Н аконец был поставлен последний опыт,
н а основе котор ого м ож н о было лишь с большой н атяжкой
предв идеть в о зможность некоторой уда ч и . В лучшем слу­
чае изготовленная н а м и ничтож ная п р о б а могла содержать
один и л и дв а ато ма ускользавшего и з н а ших рук элемента
№ 1 0 1 . Мы ожидали з атаив дыхание показаний п р и бор а ,
свя з а н н ого с и о н и з а ционной камерой . . . П р о шел ч а с . Ночь
уже б ы л а н а исходе. Ожидание каз алось бесконечным.
И , н а конец, перо с а м описца стремительно двинулось к сере­
дине шкалы и вернулось о б р атно, оставив поз ади тонко очер­
ченную к р а сную л и н и ю . Т а кой скачок и о низации н и р азу не
н а блюдался п р и иссл едовании
природных р адио а ктивных ма­
тер и алов . . . По-видимому, ве­
ТА К WYMfl. rJ
ро ятным было считать, что
3АЯ11'ИЛ О С В О'!! М
этот
скачок
действительно
l! ОЯ'SЛ !!НИ.И
ЭЛ ЕМЕНТ 1 0 1 ·1'
является сигн алом ожидаемо­
го р а сщепления. Н а блюдение
п р одолжалось. П р и мерно че­
р ез час перо з а р егистрировало
второй т а кой же скачок. Те­
перь м ы был и уверены, что
п р и сутствуем п р и р асп аде двух
атомов эл емента № 1 0 1 и мо­
жем в п и сать его в существую­
щий список х и мических эле­
ментов ».
Еще одн а интересн а я де­
таль. Счетчик был п р и соеди­
нен к оглушительному п ож а р ­
ному звонку. Р ождение каж­
дого нового атома сто первого
элемент а
сопровождало сь
м ощным трезв оном и р адост­
н ыми в озгл ас а м и .

330

/!С7'Ь
ЗДЕ:С:&

'
1
1

aro ?

·�
Элементу № 1 0 1 п рисвоено и м я Менделеев а . С е й ч а с мож­
но получать уже более 1 00 атомов м ендел еев ия однов р е ·
менно.
САМЫ Е ПОСЛЕД Н И Е

В 1 957 году в печ ати п о явились с о о бще н и я о синтезе
элемента № 1 02. Шведские исследователи н а з в а л и е го но­
белием. Пр авда, р а боты советских ученых в о гл аве с
Г. Н . Ф л еровым и американских физиков не подтвердил и
эти р езультаты : в их опытах были получены другие изото п ы
элемента № 1 02 . В о з м ожно, что для н е г о п р и м ут другое н а ­
звание. Н а Второй Женевской конференции по м и р н о м у ис­
пользов а нию атомной энергии п р едл агалось дать е м у и м я р е..,
з ер фордий, в честь Эр неста Р езер форда. В 1 96 1 году появ и ­
л ось сообщение о синтезе элемента № 1 03, назв анного лоу­
р е нсием ( в честь создателя цикл отро н а Лоуренса ) .
В идимо, не з а гор ам и и синтез эл емента № 1 04.

1

Д РУЗЬ Я
иnи

В Р АГИ?

Это п роизошло весной 1 954 года . Крохотное японское
суде ныш ко р ы б а чило н а просторах Тихого океа н а . Р ы б а к а м
везло : в трюм а х уже плескалось 40 тонн р ы б ы , а погода
обещала оставаться п о - п режнему прекрасной. Нед а р о м же
судно н а з ы в алось «да йго ф укурю - м а ру» , что значит « С ч а ст­
ливый др акою> . Хозяи н уже поти р ал руки, мысленно при­
кидыва я сумму выручки, как вдруг улыбка фо ртуны смени­
.'J а сь зловещей г р и м а со й .
Н есч астье свал илось с л о в н о с н е г н а голову.
В 4 часа утр а 1 м а рта небо н а гор изонте внезапно осве­
тилось з а р евом н е о быкновенной я р кости. С пустя несколько
м гновений донесся оглушительный грохот. Между 6 и 7 ч а ­
с а м и утр а сол н це померкло, скрытое аркой туч, а с н е б а
п осыпался ка кой-то уди в ительный снег, с ухой, к а к бум а г а .
Б ел ы е х л о п ь я л етел и так плотно, ч т о з а и х з а весой нельзя
было н ичего р а з гл ядеть даже в двух ш а г а х . О н и покрыли
сплошным н а л етом п ал убу кора бля , з абились во все щел и ,
з а п о р о шили гл а з а и уши м о р я ков, осели в в о л о с а х , п р о ­
никли в л е гкие, п о п а л и п о д одежду, з а с т р я л и в ее с1<ла д­
к а х . Не пр ошло и 3-4 ч асов, к ак у р ы б а к о в н а ч ал ась ужас­
ная голов н а я боль, тошнот а , рвота. Ко м а нда почувств о в а л а
с е бя н астолько скверно, ч т о уже не могла продол ж ать р а ­
б оту. Р а здосадов а н н о м у хозяину н ичего н е о с т а в ал ось де­
л ать, каr< повер нуть к берегам .Японии.
Путь от М а р ш а л л о вых островов до м а я 1юв Стр а ны Вос­
х одящего Со лнца дл я скорлупки, н а которой н е осталось н и
одного здорового чл е н а эки п а ж а , б ыл н е л егок и н е с к о р .
Только 13 м арта д о б р ал с я « С ч а стливый д р а к о ю> д о порта
Я идзу. В ыслуш а в короткий р ассказ ка п и т а н а , вл асти сразу
332

же смекнул и , в чем дело . Пострадавших тут же помест и л и
в больницу, а «Сч астливого дракона» пришлось сжеч ь .
С т р а н н ы й снег оказался р ад и о а ктивным пепл о м .
Через с е м ь месяцев, несмотря н а в с е п р и нятые м е р ы, о т
тяжел о го п о р ажения печени сконч а лся р адист судна Аики
ши Кубо я м а . Очень тяжело п ротека л а болезнь и у 22 др угих
м оря ков. Д а это и понятно .
ученых,
По
р а счетам
ч и стого
р а­
стр ашный
пепел
обл адал
а ктивностью
дия. Полтонн ы такой пыл и вполне хватит, чтобы уничтожить
в с якую жизнь н а территории в 250 тысяч к вадратных к и ­
л о м етр о в , а это прев ы ш а ет площадь В ел и ко б р итании . З а
много ч асов доза облучения сост а в ил а нескол ько сот р ент­
ген, а уже 600 рентген, как известно, а б солютно смертельны
дл я человека. П р а вда, с и мптомы л учевого поражения были
усилен ы тем, что немало р адио активных в еществ п о п а л о
в н у т р ь о р ганизма с з а гр язненной пеплом пищей в течение
почти двухнедельного п л а в а ни я , пока р w б аки добрались, н а ­
конец, до японского п о р т а . Но ведь изрядное кол ичество р а ­
д и оактивных осадков б ы л о с м ыто водой з а б о р т . А ч т о б ы
п р о и з о ш л о в т а ких же условиях н а суше?
АТОМ-РАЗРУШИТЕЛЬ

Причиной т р а гедии была операция « Ка с тл » . Под т а к и м
ш и ф р о м в секретных а м ер и к а н ских документах ф игуриро в а ­
л о п р оведение испытательного в з р ы в а с м е ш а н н о й атомно­
водородной бомбы у атолла Бикини, что в а р х и п ел аге М а р ­
шалловых островов. П о с л е «успеш ного» проведен и я о п е р а ­
ции н а месте кораллового островка остал а с ь зияющая в о рон­
к а д иаметром более 2 километров и глубиной 60 м етров.
Н ад Тихим океаном выросло грибообр азное о б л а ко колос­
с альных р азмеро в : его в ы сота составл я л а 40 километров,
а ш и р и н а в верхней ч а сти ( « шляпка» г риб а ) - 1 60 кило­
м етров.
Многокил о м етровый о г н е н ный шар, вспыхнувший п одоб­
н о тысяче с ол н ц через несколько секунд после в з р ы в а , и м ел
в центре темпер атуру порядка миллиарда гр адусо в . Н е м уд­
р ено, что эту ослепительную вспы шку р ассмотрели р ы б аки,
н аходившиеся н а р ассто я н и и 1 30 километр о в от эпицент р а .
20 м иллионов тонн грунта взметнул ось в воздух - тако333

в а б ы л а чудо в ищн а я сила
взрыва. Специальная экспер­
тиза уст ановил а в п о сл едств и и,
что р адиоактивный пепел сос­
тоял из к а р б о н а т а кал ьция
с осев ш и м и н а нем п р одукта ­
м и деления. Э т о оз н а ч а ет, что
коралловый островок р а сп л а ­
в и л с я п р и в з р ы в е и был м г н о ­
в
п ы ль
венно превр ащен
стр а шной ударной волной. Ч е ­
р ез ч а с после в з р ы в а р адио­
а ктивность о бл а к а достигл а
м а сштабов :
неимоверных
1 ООО м илли ардов к ю р и . Чтобы
получить такое излучение, по­
надобился бы целый миллион
тонн р адия !
Не в первый р аз в ст а в ал
н ад планетой зловещей грибо­
в идной тенью призрак смерти
и р азрушения. Человечество
не з а будет роковое утро 6 августа 1 945 год а , когда перва я
атомная б о м б а , доставленная к ц е л и н а б о р ту а м е р иканско­
го с а м ол ет а « Б -29» «Энол а - Гей», превр атил а Хиросиму в
г руду б езжизненных р аз в ал и н . Три дня спустя ядовитый
гриб атомного в з р ы в а вырос н ад другим японским гор о ­
дом - Н агасаки. Сотни т ы с я ч л юдских ж е р т в - т а ков ре­
зультат этой грандиозной катастро ф ы .
А з а т р и года д о Х и р о с и м ы жизнер адостный итальянец
Энрико Ф е р м и н а а м ер и канской земле з апустил первый в
м и р е атомный р еакто р . Это было торжественное с обытие
в жизни учены х : н а ко нец-то человеку удалось обуздать со­
крушительную силу р а з буженного атом а ! Люди , с а м и того не
n одозр е в :� я , всту п и л и в атомный век. Человек стал вл асте­
л ином огромных з а п а с о в энергии, спрятанных в недр а х кру­
п инки в ещества. Даже дальновидному взгляду было трудно
охватить необъятные горизонты, котор ы е открылись перед
человечеством с победой над ато м о м .
Но у ж е тогда р адужные ч аяния ученых о м р ачились п р ед­
чувствием чего-то недо б рого. Темные с и л ы поспешили п р и334

бр ать к рукам атом, т о лько что вышедши й из колыбели,
что б ы тут же н а п я л ить на него военный мунди р . Атом стал
узником в секр етных к а з е м а т а х П е нтаго н а . П р отесты у че­
ных о к азались бессил ь н ы м и . И вот от первых же шаго в
младенца Геркул е с а , к а ки м пока з а л себя ново рожденный
ато м , дрогнул а наша п л а нет а . Ато м н ы й век н ач а л ся с атом­
н ы х б о м б . Тогда потрясенное чело веч е ст во спросил о с тре­
вогой и н адеждо й : кто же о н , этот н о в ы й Геркулес, друг
или враг?
Неужел и чудовищная сил а р асков а н н ого а то м а призван а
сеять смерть и р а зрушение? Р азве н е способ н а она своро­
тить горы в грохоте созидательного труда?
АТОМ-СОЗИДАТЕЛЬ

Вся исто р и я человечеств а - от первобытных костров до
в з р ы в а в одородной бомбы - это многотрудны й путь поис­
ков новых и сточников энергии.
пожалуй, - самое
Энергия,
показ ательно е мерило богат­
ств а любой стр а н ы . Энергия
двигает м ашины, дает свет ,
кор мит н ас, согрева ет, в оору­
ж а ет в борьбе с п р и родой.
Каждая ступенька на пути
к п р огрессу и цивил изации
связ а н а с отысканием н ового
источ н и к а энергии. В сп о м н ите
водяное колесо, мельничные
крылья, п аровую м ашину, н а ­
конец э л ектр о мото р . Это о н и
пр иве л и к промышленной р е ­
волюции, неузн а в аемо изм е­
н и вшей з а н есколько столетий
р асстановку сил в и звечной
др а м е борьбы человека со сле­
п ы м и с ил а м и стихии. Так не­
ужели новый т р и у м ф челове­
ческого р а з у м а - овладение
атомной энергией - оз н ачает
335

к о н ец этого пути? Да р азве н а йдется хоть оди н здр ав о м ыс­
.11 ящий человек, который в сил а х поверить это м у ? !
Сколько ч а ян и й , с к олько п л а н о в связывает с атомом ми­
ролюбивое ч еловечество !
П о свидетел ьству ф р а н цузского уч еного - а то м н и к а Ф . Рэ­
н а , в н а ш и дни четыре пятых всей выр а б атываемой в мире
э н е ргии п р о изводится за счет сжигания топлива : каменного
угл я , нефти, г а з а , тор ф а , горючих сла нцев . Гидроэл ектр о­
э н е ргия, как и мускул ь н а я сила человека , покрывает не
более 2 процентов в о бщем энергетическом б а л а нсе. Осталь­
н а я доля энергии, то есть около 15 п р о центов, получается
от сжигания древесины
и отходов сельскохо з я й ст ве нного
производств а . Чтобы о б еспечить постоянно р а стущий спрос
н а энергию, до быча го рючих ископаемых должн а непре р ы в ­
н о в о з р а стать. Но ведь з а п асы т о п л и в а в з е м н о й коре дале­
ко н е б езгр а н и ч н ы !
По подсчетам Ф . Рэна, в 2000 году м ировые потребности
в энергии будут в 6-8 раз выше, чем теперь. Если верить
н екото ры м п р о гно з а м , через несколько столетий в Земле не
ост а н ется н и к рошки угл я , н и к а п л и нефти, н и с а мом а.1ей­
шего пузырька газа. В с е з а п асы топли в а , н а к аплив авшиеся
в кл адов ы х природы чуть л и не четверть милл и а рда лет,
будут полностью исчер п а н ы .
И к о м у , к а к н е ато му, суждено стать и з б а в ителем ч е л о ­
вечества от топл и в ного «голод а » !
Мировые з а п а с ы ур а н а и тория - главных в идов ядер ­
ного « го р ю чего» - соотв етствуют т а кому колич еству энер­
г и и , которое в 20-30 раз превосходит энергетические ре­
сурсы, з аключенные в и меющихся сейчас з а п ас а х обычного
то п л и в а у н а с под н о г а м и . И н ы м и словами, атомное «горю­
ч е е » в ы ручит ч ел о вечество н а сотни лет.
Уже сейчас атом дает возможность з ажечь сол н це элек­
трического света . « з а п р ячь» л о ш адиные сил ы электромото ­
р о в . В ы р а б аты вает промышленный ток пер в а я в м и р е атом ­
н а я электрост а н ц и я , построенная в н а шей стр ане. С о с к р е ­
ж етом л о м а я льды, прокл адывает в о д н ы е трассы в аркти­
ч еских морях атомоход « Л е н и н » . Созданы ато м н ы е п одвод­
ные л одки. В едутся р аботы по созданию а то м ного с амолета .
Дальность перелетов атомных п т и ц будет о г р а н и ч е н а л ишь
физически м и возм ожност я м и э к и п а ж а . Ч т о касается исполь­
зов а н и я атом а в дв игател ях наземного тра нспорта , то здесь
336

пр идется , по-видим ому, н а б р аться терпения и п одождать.
Пок а идут р азговоры л иш ь о б атомных локомот и в а х . Но
кто может поручиться, ч т о наши в н уки не будут к а т аться
в ат омны х а вт о м о б ил я х ? Не подлежит сомнению, что aтo!vt
в косм ич еской упряжке р а н о или поздно понесет человека
в неизведанные бездны всел е нно й .
К он е ч н о , атомное сырье тоже в один п р екр асный ден ь
будет и з р а сходо в а н о . Не бед а : л юдей в ы ручит тот же с а м ы й
атом, п р авда в несколько и н о м « а м п л у а » .
У р а н и тор и й п р едставляют с о б о й источ н и к энергии, в ы ­
свобожда емой в п роцессе деления ядр а . И н о е дело - тер­
мо ядер н а я энергия. О н а осно в а н а н а синтезе - соединении,
с л и я н и и ядер л е гких элементов, н а п р имер изотопов водорода. Изотопы водор ода - дейтерий iн и тритий
1н
поистине волшебное по своим
качеств а м «топл и в о » . П р и
с л и я н и и ядер этих изотопов друг с другом н а свет п о я в л я 1
4н
ются неитр о н ы
е:
2
о п и ядр а н о в о г о эJi е м е н та - гел ия

-

•

21 н + з1 н

=

4
2

,

Не + 0 п

+

1 7 /11эd

·

С к р о м н а я п р иписка « 1 7 Мэв» означает, что рождению
к аждого гр а м м а гелия сопутствует м гновенное в ыдел е н и е
чудовищного кол ичеств а э н е р г и и : 1 20 т ы с я ч килов атт-ч асов!
Т акого рода процессы протекают в н едр а х С о л н ц а и да­
леких з везд. «Звездна я » р е а к ци я все ч а ще встреч ается и в
з е м н ы х усл овиях. Я р остный, ослепляющий, испепеляющий
клубок взрыва водородной бомбы - не что иное, к а к м и ­
н и а тю р н о е солнце н а З е м л е . К сож ал е н и ю , о н о скор отечно
и р азрушител ь н о . Вот когд а бур н ы й и непокорный тер м о ­
ядер н ы й взрыв удастся з а м енить спокойным у п р а в л я е м ы м
«гор е н и е м » , тогда пр облем а энергетического гол ода будет
упр азднен а . И в п р я м ь : дейте р и я в п р и р оде - хоть отбав­
л я й ! На каждые 6 тысяч ядер водорода Мирового океана
приходится одно ядро дейтерия. З ачерпнув ведро воды, м ы
и н е подозр е в а е м , ч т о в нем спрятана энергия, р ав н о це н н а я
т е п л у от с ж и г а н и я 4 т о н н нефти ! Т а кого топл и в а х в атит
бесчисленным поколениям н а ш и х потомко в на сотни м ил­
лионов л ет, даже п р и самом бурном р аз в итии энер гетики.
Прекрасный античный миф повествует о подв иге П р о м е­
тея , пох итившего у н еба огонь, что б ы н а учить людей обр а337

щаться с н и м . Ф из и ки ХХ века, которые также похитили
пока еще не
н аучились укрощать его строптивый х а р актер . Но н аука не
стоит н а месте.
Р азве не к а з а л и с ь н е сбыточн ы м и каких-нибудь четверть
в ека н а з ад м ечты скро много к алужского учителя, слыв шего
н е и с п р а в и м ы м чудако м ? А теперь? В есь м и р с з а м и р а н и е м
сердца следил за п олетами Юрия Гагар и н а , Г е рм а н а Титов а ,
Андр и я н а Н и кол а е в а , П ав л а Поповича и а м е р иканских
кос м о н а втов.
Н аступит день, и ж а р кое термоядерное сол нце, скручен­
н о е в огненный ж гут м а гн итными сил о в ы м и л и н и я м и так, что
о но уже не в сил а х будет р аспл а в ить и исп а р ить далекие от
н его стенки к а м е р ы , станет услужливо отдав ать человеку
огр о м н ы е з а п а с ы энергии, добытой из о быкновенной воды.
Не и с ключено, что л ет через 20
такой срок н а з в а л акаде­
мик Н икол а й Н и кол аевич С е менов - эта п р об л е м а будет
р еш е н а . Тогда совест ь ученых будет спокойн а . Их п ер естанет
терз ать сознание того, что в ел и ч айшее откр ытие н ауки н аше­
го столетия может использоваться л и ш ь во в р ед л юдя м .
О г о н ь новоявленного П рометея н е пр евр атится в с мертоносу п р и р оды тайну тер моядер ного «пл а м е н и » ,

-

33 8

ный бумеранг, возвращающийся з атем, ч то б ы п о р а зить свое­
го и з о б ретател я .
Р а з в едчики ядерных недр по-современному нетерпеливы.
Не до жидаясь, пока з а р а ботают тер м о ядерные электростан­
ции, они уже сейч ас изучают возможности м и рного п р и м ене­
н и я военного атом а .
В с а м о м д ел е, ведь п р и помощи в з р ы в ов термоядер н ы х
б о м б м ожно создать гигантские подземные резер в у а р ы теп·
л а , которые способны в течение многих месяцев п и т ать в ыде­
ленной энергией теплоэл ектростанцию, р а в ную по мощности
Б р атской ГЭС. Кроме того , в о гр о м н ы е в оронки, о б р а з о в а н ­
н ы е в з р ы в а м и тер мояде р н ых б о м б , м ожно н а п р а в ить м о р с ­
кую воду и з а ставить е е вр ащать устан о в л е н н ы е у края
воронок тур бины . Наконец, атомный взрыв может стать
подспорьем при инженерных р а бот а х . В едь п р оводят же
взрывные р а боты с обычной взрывчаткой, скажем с тротил о м .
А одн а а то м н а я б о м б а , умещающаяся в школьном п о р тфеле,
может з а м ен ить 1 ООО тонн тротил а , дл я перевозки которого
потребовался бы цел ы й железнодорожный сост а в .
Неисч ислимые возможности таит в с е б е р асщепленный
атом. И все они могут и должны б ыть н а пр авлены н а б л а го
челов ечест в а . Неистр е б и м а вер а простых людей в то , что
п обеда над атомом н и когда не п р и в едет чел о вечество к кош­
мару атомной войны. Переворот, связанный с овл адением
атомной энергией, н а м ного более гр а ндиозен , чем великие
п р о м ышленные р еволюции прошлого, вызванные изобрете­
нием п аровой м а шины и открытием эл ектр ичеств а .
КОВАР НОЕ СВОЙСТВО

Ну, а к а 1< быть с р адио а кти в н ы м и излучения м и ? Н е по­
стигнет л и тех, кто ко м а ндует м и р н ы м ато м о м , уч а ст ь Аики­
ш и Кубоя м а ? В едь с м ертоносные лучи, испускаемые атомом,
п одкр ады в а ются тихо, тайно, н е п р и ч и н я я боли, в р едно ска­
з ы в аясь на здоровье подч а с м ноги е годы спустя. О б этом
коварном свойстве ато м а было известно з адолго до того, как
слово « ато м » стали отожествлять с понятием « бо м б а » . Е сл и
т ы без з а щитен, то даже с м и р н ы м а то м о м шутки плохи, это з н а л и еще пионеры н а уки об атоме, п р оклады в а в ш и е
нехоженые тропы в т а й н ы ядерн ы х глу б и н .
339

Н а Всемирной выставке в Б р юсселе де монстр и р о в ал с я
и н тересный экспон а т . С ч етчик, у крепленный н а специ альном
стенде, непрерывно регистрировал сильное р адиоац ивное
излуч ение, исходившее от р а сположенной р ядом пары ста ­
р ин н ы х д а мских перч аток. Это были перчатки М а р и и К ю р и .
П од ними скр ы в а л ись когда-то руки, соверш и в ш и е бесс мерт·
н ый н ауч ный подв иг, руки, пор аженные р адио акти в н ы м и
излу ч ения м и . Нез ажи в ающие язвы н а р ук а х с а м о отвержен ·
н о й женщины -ученого - это л и не предупреждение о в р аж­
дебной силе атомных излучений?
Т аким о б р а з о м , з а 50 л е т до стр ашного пепл а Бикини
а том предупр едил, что его лучи о к а з ы вают на организм си.11ь­
н ейшее физиологическое действие. Теперь м ы знаем, что об­
лучение приводит к изменению структур ы м ол екул , уч аству­
ющ и х в жизнедеятель ности о рганиз м а . Н а пути вторгшихся
в недр а живой клетки атомных ч а стиц остаются облом ки
« п о калеченных» мол екул. Эти осколки очень активны. В итоге
может н а ступить серьезное н арушение о б м е н а в е ществ . Но
если даже ато м н о е облучение з ак а н ч и в ается безболезненно,
оно может пл ачевно отр а з иться н а здоровье наших потомков,
ибо в н едр ах клеток п р оисходят изменения н а сл едственных
свойств организм а .
Б ыть может, э т а м р а ч н а я перспектива является уде­
лом каждого, кто р а ботает с р адиоакти в н ы м и в еществ а м и ?
К т о т а к дум ает, т о т н аверняка оши б а ется. Н е т и еще р а з
нет.
Л юди н ау�ились полностью обезврежив ать р адиоактивные
излуч е н и я . На пути н е в идим ого вр ага воздвигаются непроби­
в а ем ы е з аслоны в в иде экранов из свинца, бетона и других
м атер и ал о в . В р агу бесполезно р ассчитыв ать на т акие л азей­
ки, к а к невежество и х ал атность, - о н и н а в сегда изгн а н ы из
р а диохимич еской л а бор ато р и и .
В н а ш е в р е м я р адиочувствительность человеческого орга­
низма изучена достаточно хорошо. Н а основ а н и и н а копл ен­
н ы х ф актов во м ногих стр ан ах принят а вел и ч и н а толер ант­
ной, то есть вполне переносимой, дозы р ад и а ц и и . В Советском
С оюзе она составляет 0,03 р ентгена за в есь р а бочий день.
Н о даже эту, можно сказать, б ез в р едную дозу с н ижают в ты­
с я чи р аз с п о м о щь ю р а зличных остроум ных п р испособлений
( э 1< р а н ы , м ан ипулято р ы , автом атические «руки» ) .
П р и у м ел о м , гр а м отном о б р а щении с мирным атомом его
340

излучени я никогда не станут в р а гом человека. Более того,
р адиоактивное облучение во многих случ а я х оказы в а ет бл а­
готворное вли я н и е н а ч еловеческий о р г а н и з м .
А Т О М- В РАЧ

К а з а л ос ь бы, атом и меди u и н а - что может быть более
далеки м ? Помня тра гичес1<ую судьбу японс к и х р ы б а к ов, к а к ­
т о трудно увязать п р едста в л ение о см ертоносной силе р ади а­
ции с гум а н н ы м х а р актеро м древнейшей п р о ф ес с и и челове­
честв а . И тем н е менее это р е альный ф а кт.
Еще 6 июня 1 905 года Пьер l(юри, выступ а я с нобелев­
с1<0й речью п ер ед со б р а нием Стокгольм ской акаде м и и н аук,
сообщил , что под действием излучений р адия р а з р астание
тканей, п о р а же нных р а ко м , приост а н а в л и валось, а п о р ой и
п р е кр а щалось вовсе. О 1< а з ы в а ется, молодые, б ы стр о р а стущие
кл ет ки злокачествен н ы х опухолей отJш ча ются повышенной
чувст в ительностью к р а диации. Н а н и х р адиоа к тивное излу­
чен и е действует убийственно, щадя в то же время соседние
здор овые ткани.
В наши дни л ечение р аковых з а болев а н и й с помо щью
р адио а ктивных «ЭСI<ул апов» в ы р осло в с а м остоятельную о б -

.М Н Е Э Т О 'I ЛАЛА Т И.!1. Е Т К УД А БОЛ Ь UJЕ: , Ч Е М
, Ь У Н l! И Р .

341

л асть медицины - р ади отер апию. Только н а смену р адию и
р ентгену пришли более действенные и менее дор огие ср едст­
в а , скажем р адиоактивный коб альт. 30 гр а ммов коб аль­
т а -60 испускают такое же кол и чество излуче н и я , что и со­
л идн ы й кусок р адия весом в несколько килогр а м м о в . При
э т о м не следует упускать из виду, что в о всем м и р е до сего
дня б ыло добыто в сего лишь около двух с половиной кило­
гр а м мов р адия .
Р азличают д в а гл авных метода р адиотер а п и и : внутритка­
невое и внешнее о блучение. В первом случ ае в опухоль вво­
дят источник излуч ений, н а п р имер в виде и гл из специ альной
кобальта-никелевой проволоки, облученной предва р и тельно
нейтрон а м и . Н ейтр оны превращают обычный кобальт в его
р адиоактивного «тезку» - ко бальт-60 . Этот м етод н а ходит
п р и м ен е н и е гл авным обр азом для лечения н а руж н ы х опухо­
лей. Во втором случ а е используют особую установку дл я об­
л у ч е н и я на р ассто я н и и - так н аз ы в а емую ко б ал ьтовую
«пушку» . П е ред ней не в силах устоять даже с а м ы е стр аш­
ные в р а ги здоровья : р ак л егкого, р а к п ищевода, саркома
костей и другие з а болевания в нутренних о рганов.
Т а к в борьбе двух п р изр аков смерти - р ади о а ктивного
излучения и р аков ого н едуга - победу одерживает жизнь.
И н адо сказ ать, что р адиотер а п и я до сих пор остается н а и ­
б о л е е м ногообещающим м етодом лечения злокачественных
опухол ей, обрекавших р анее челов ека на неминуемую ги б ел ь .
И п р а в о же, бел ы й х а л ат в р а ч а идет атому гор а здо боль­
ше, ч е м воен н а я ф ор м а .
Н е только в сте н а х м едицинского к а б инета р а ботает н а
человека укр ощен ный г а м м а-квант. Н а ука и техника , сельское
хозяйство и п р о м ы шленность - где только н е п ри м еняются
р ад и о а ктивные излучен и я !
В сем известно, какой ущерб пр иносят с ел ьскому хозяй­
ству н асеком ы е - в р едител и . Л етающие и полза ющие тв а р и по
своей п р ожор л ив о сти н е уступят з н а менитому Гаргантю а : они
пожир ают такое количество продовольствия, кото р ы м можно
было бы дополнительно п р окор м ить 200 миллионов человек!
П р а вда, н асеко м ы х и и х личинки можно ун ичтожать хими­
чес к и м и ср едств а м и . Однако н е секрет, ч т о м ногие хи м и к а ­
л и и да леко н е безобидны для человеческого организм а .
Н а в ы р учку п р иходит г а м м а - кв а нт. Подвергая г а м м э. ­
облучению целые з ернохра нилища, можно полностью и з б а 3 42

в иться от нежел ательных н а хлебников. Под действием га м ­
м а -лучей или потока электронов погиба ю т и м и кроорга н и з м ы ,
вызывающи е порчу, гниение. Н ап р и м е р , к а р т о ф е л ь после
га м м а -облучения может с успехом хр а ни ться в теч ение чуть
л и не двух лет. Это позволяет о бойтись без дорогостоящих
холодильников. Е ще в ажнее п рименение радиационных м ето­
дов дл я стер и л и зации медикаментов.
От своих коллег - ато м а - в р а ч а и атом а - а гр о н о м а не отст ает

АТОМ-ИНЖЕНЕР

. . . Кос мический кор абль п р и бл и ж а ется к цел и . И вдруг
давление в кабине астр о н а вта р ез ко п адает. Все я с н о : в о б ­
шивке космического 1шр а бл я о б р а з о в а л а с ь щел ь. Н и чего н е
попишешь, приходится возвр ащаться н а З ем л ю и стать в р е ­
м о н т . О к а з ы в а ется , п р ичиной а в а р и и были н е в идимые с н а р у ­
жи р аков ины в обшивке р а кеты. И з - з а к а кой-то р а кови н ы
а в а р и я в космосе! Если б ы не «в севидящий гл аз» атома­
инжен е р а , это могло б ы случиться н а с а м ом дел е. И м ен н о о н
позволяет з а гл януть внутр ь детали и в ы я с н ить, нет л и в н е й
п р едательских тр ещин и л и р акови н .
Метод проверки однородности внутр енней структур ы м е ­
талличес1шх деталей с помощью г а м м а - излучения - это
и есть «всевидящий гл аз» атом а . Инженеры н а з ы в ают этот
метод г а м м а -дефектоскопией. В чем его суть?
Каждому из нас п р и ходилось б ы вать в р ентгеновском
ка бинете. По изобр ажению на экр а н е опытный гл а з в р а ча
тут же о п р еделит, в пор ядке в аши легкие и л и нет. Р е нтге­
новское просвеч и в а н и е п р и м е н я ется и в п р о мышленн ости т а м оно н азывается рентгенодефектоскопией. Т а к в от, г а м м а ­
деф ектоскопия - н е ч т о иное, к а к р аз н овидность п р омыш­
л енного р ентген а , только л учше, надежнее. Посудите с а м и .
Во-пе рвых, дорогая р ентгеновская установка з а м е н е н а деше­
вым п р еп а р атом р адиоактивного ко б альта. В о-вторых, г а м м а ­
излучение коб альта проникает в металл н а глубину д о 1 5 с а н ­
ти метр ов, тогда как р ентгеновские л у ч и не более ч ем н а
1 с антим етр . А это очень в ажно. Можно контрол и р о в а т ь
качество издел и й, с к а ж е м л итья и л и сварных швов, и м еющих
сол идную толщину. Придирчиво ощуп ы в а я толщу м еталл а ,
343

атом тотч а с же в идит пустоты, тр ещин ки и л и другие дефекты,
создающие неодн ор одность м атери а л а . Сигнал тревоги п од а ­
ет специальный счетчик, р егис1'р и р ующий все изменения
мощности потока г а м м а -излуч е н и я .
Та кого рода « в севидящий гл аз» з а н и м а ет ведущее место
среди промышленных способов п р и мен е н и я р адиоизотопов.
Н а в с е х тр а с с а х газопроводов, строящихся в Советском
Союзе, испол ьзуется г а м м а -дефектоскопия. Эконом исты под­
считали , что есл и перейти от традиционных выбороч н о - м е ­
х анических м етодов п р оверки качества бетонных опор
I< гам м а -дефектоскопическому способу контр о л я , то одн о это
принесет стр а н е в ыгоду в р аз м ер е 400 тысяч рубл е й .
А вот другой п р и м е р . Машинисту з а бойной м а шины
трудно, а п одч а с и п оп р осту невозможно уследить за пр а ­
в ильным положен ием р ежущего и н струм ента. Малей ш а я
неточность в управлении, случ а й н ы й недос мотр - и чел юсти
м а шины попадают в п устую породу. Угол ь з асор яется ни ­
кчемной породой, о б р ы в а ются цепи м а шины, а э т о в ы з ы в а ет
дл ител ь н ы е п р остои .
Между т е м а в а р и и л егко избеж а ть. Радио метрический
п ри б о р , созданный И н ститутом гор ного дел а Академии наук
СССР, б ез в м е ш а тельств а ч ел овека сл едит з а положением
режущего инстр умента з а бойных м а ш и н . Атомный «пово­
дыр Ь>> н е пускает р ежущий орган ком б а йна в пустую пор оду,
чет1ю в едет к о м б а й н по нужную стор ону межи «уголь порода».
Труд но сыскать т акую область техники, где не могл и бы
нести м и р н ую службу излучения ато м а . С п р осите геолог а - р а з ­
в е дчи к а , ч т о т а к о е нейтронный каротаж. Едва л и он удер­
ж ит ся от похвал в адрес этого э ф фект и в ного и удобного
344

спос о б а р аз в едки н а нефть. Да и не только н а нефть: м а р га·
нец и вол ь ф р а м , ко бальт и кадмий, ртуть и бор - цел ы й
ассортимент сокр овищ, з а п рятанных в подзе м н ы х тайниках
п р и р оды, от к р ы в а ется « всевидящему глазу» ато м а . И что
с а м о е удивительное, для о б н а руж е н и я подз е м н ы х кл адов
вовсе не нужно достав ать п р о б ы поро д из з е м н ы х гл убин.
Вс е, что тр е буется для р аз ведки, - э т о опустить в скв а жи ну
всл ед з а буром крошечный атомный зонд. Метод осно в а н
н а способн ости пород по-разному р а ссеивать пото к нейтр о н о в,
и спускаем ых источни к ом. Р езультаты облучения в стречных
пл астов нейтр о н а м и р егистр ируются счетчиком и перед а ютс я
по электр ическим провод а м н а повер хность земли. Т а м по
х а р а ктеру кривых, в ычерчиваемых с а м о п и шущими п р иб о­
р а м и , геологи с р а з у же определ я ют, какие с л о и п роходит
ЗОНД.

По да н н ы м И нститута э к оном ики Акаде м и и н аук С С С Р ,
только н а нефтепромысл ах Азер б айдж а н а и З а п адной Ук­
р а ины с 1 950 года с помощью нейтронного к а рота ж а з а счет
восстановления
з а б рошенных
скважин пол у ч е н о более
2, 2 миллиона тонн п ервосортной нефти. А теперь, когда в на­
шей стр а н е в ы н а ш и ­
г р а ндиозные
в аются
планы с верхглуби н ного
бурения (5 скв ажин,
глубиной около 1 5 ки­
л о м етров каждая ) , ато­
му п р едстоит сыграть
решающую роль в про­
щупы в а нии «в нутрен­
но стей » З ем л и .
Измерение
ур овня
жидкости в з а кр ытых
резервуарах, опр едел е­
ние износа р ежущих
и н струментов, обнару­
жение утечек газа и з
подз е м н ых трубопрово­
дов, проверка состоя­
ния огнеуп орной ф уте­
выстила ющей
ровки,
раскал енную п а сть до345

менной п е ч и , контроль з а обмелением портов, отыскивание
и с т о чнико в в одо снабжения, нейт р а л иза ция з а р ядов статиче­
с кого электр ичеств а , угрож а ющих пож а р о м , - все эт и з а ­
д а ч и решаются п р още и н адежнее, когда з а дел о берется
а то м - и нженер с его невиди м ы м и «щуп альца м и » - р адио ак­
тивны м и излучения м и .
АТОМ-ХИ МИК

Р адиоактивные излучения - поистине чудодейственное
ср едство и в руках химика. С ними п р оисходят и з у м ител ь н ы е
метамор фозы . П о д действ ием р ади а ци и с а х а р п р ев р ащ ается
в кислоту, касторовое м асло затвердев а ет, кож а станов ится
непромокаемой, п а р а ф и н видоизменяется в похожее на кау­
чук вещество, бензин з а просто соединяется с хло ро м , да в а я
сил ь н ы й инсектицид. Е с л и воздействов ать ядер н ы м и изл уче­
ния м и н а воду, то молекул а воды Н2О р а спадается н а оскол ­
ки . О скол ки р еагируют друг с другом , обр азу я в одор од Н2,
кисл оро д 0 2 и перекись водорода Н2О2. В в одны х р а створах
эти ч а стицы р е а гируют н е только м ежду собой , н о и с р ас­
тво р е н н ы м и веществ а м и . Именно так из бензол а п олучают
фенол - незаменимое техн ическое сырье.
Недавно советские ученые сдел а л и интересное откр ытие.
Оказыв ается, способность воды р асщепляться под действием
гам м а -излуч е н и я можно использов ать для получения элек­
трического ток а . В р аствор серной кислоты погружают два
электр ода , сдел а н н ы е из р азных м атер и алов . О б р азующиеся
пр и о блучении р аствор а осколки - атомы водорода и гид­
р оксильные р адик а л ы - бл агодаря д и ф ф уз и и поп адают н а
р азные электр оды . Ат омы водор од а , отдав свой эл ектрон од­
ном у из эл ектродов, превр ащаются в ионы Н+ и уходят в р а ­
ств о р . Электроны движутся по электр оду, п ер еходят в о внеш­
нюю цепь , з атем поп адают на второй эл ектрод. Тут-то и х и
з ахватывают подоспевшие ко второму электроду р адикалы
О Н , после чего о н и в в иде ионов ОН- т а кж е уходя т в р а ст­
вор . В озникш а я н а электр одах р азность потенци алов обу­
славливает непрерывное перемещени е электр ических з а рядов,
то есть электрический ток.
Это открытие и м еет п р ин ципиальное з н а чен и е; в таком
р а д и а ционно-эл ектрохи мическом элементе происходит н е 346

посредств енное п р е в р а щение а томной энергии в электриче­
скую. М а р шрут обходится без п ер есадок; отп адает необхо­
димость в промежуточн ы х з веньях, н а пример в тепловых
м а шин а х , с помощью кото р ы х обычно ато м н а я энергия пре­
о б р а з уется в электр и ч е скую, скажем , на атомн ы х эле к тр о­
ста н ц и я х .
Испокон веков для с и н т е з а н о в ы х х и м и ческих соедине­
ний п р и бегали к содействию тепл а , давления и катализато­
ров . Теперь с этими к л а ссически м и помощн и к а м и химика
успешно конкур ируют ионизирующие излучения. Изучением
воздействи я р адиоакти в н ы х излучений на р азличные вещест­
в а з а н и м ается молодая, но мн огообещающая отр а сл ь н ау­
ки - р ади ационн а я х и м и я . Особенно ценн ы м п одспорье м
оказались м етоды р ад и а ционной х и м и и в производстве по­
лимеров.
П р о цесс р ождени я пол и мер о в - полимер изация - з аклю­
ч аетс я в последовательном н ан и з ы в а н и и друг н а друга мо­
л екул орга нических соединений . О б р а зуется дли н н а я ниточ­
ка с ответвле н и я м и - т а к н а з ы в аем ая м акр о м ол екул а.
Переплетение между собой м акромолекул в р азличных ком ­
б и н ация х и обусл авлив ает «черты х а р актер а » полимеров.
С о в етские ученые уст а н овили, что полимер и з а ция п р ед­
ст а в ляет собой л а винообразный пр оцесс, котор ый н ач ин а ется
с о б р а з о в а н и я р адика л а . Но ведь р адикалы л егче всего по­
лучить действием ядер F(ЫХ излучен и й !
В озникший под действием р адиации р адикал ш а г з а ша­
гом п р и соединяет к себе м ол екул ы и с ходного соединения.
Достаточно появиться на свет одному-единствен ному р ади­
калу, как ср а б атыв а ет цепной м е х а н и з м и о б р а зуются де­
сятки тысяч последующи х связей . П р и этом вовсе не обяза­
тел ь н о , что б ы р адикал возникал из того ж е в ещества кото­
рое поли меризуется . И ногда выгоднее откал ыв ать его от
др у г и х соеди нений:, тех, что л егче р асп адаются под действи ­
ем излучений .
Трудно переоценить п р е имуществ а такой полимериз ации.
Мож н о полимеризов ать трудно п оддающиеся этому в ещест­
в а . Можно з н ачительно ускорить пр оцесс при с р а в нительно
н изкой темпер атур е. Можно, н аконец, легко упр а влять х о ­
дом этого процес с а . С пом ощью ядер н ы х излучений можно
улучшать и свойства уже готов ы х п ол имер о в .
По ли мер ы обл адают р а зличными качеств а м и . Одни твер347

ды, но хрупки . Другие н е боятtя ударов, но м я гки . Третьим
не стр ашен огонь, з ато о н и н едостаточно прочны .
Ну, а если н адо получить вещество одновр е м енно п р оч­
ное, нехрупкое и негорючее? Искать новый пол и м е р ? Оказы­
в а ется , вовсе н е обязательно. Учеными р а з р а ботан способ
« п р и в и вки» одного пол и м ер а к другому, что б ы новый м а те­
р и а л совм ещал в себе все преи мущества и сходных в еществ.
Для этих целей и спользуют р адиоактивное облучение.
П од действием излуч е н и я связи м ежду ато м а м и углерода ,
из которого состоит к а р к а с длинной мол екул ы п ол и м е р а , и
а то м а м и водарода, н а н изанными н а этот карка с , р асшаты­
ва ются, р аз р ы в а ют с я. В озникают поперечные связи - « м ости­
к и » м ежду дли н н ы м и цепочками молекул пол и м е р а .
Т а кого р о д а « с ш и в а ни е » пол и м ер о в п р и в одит к рожде­
нию нового м атер и а л а , обл адающего з а р а нее н а м еченными
свойст в а м и . Н а п р и м е р , кремнийорганический ка учук страш­
н о боится бенз и н а и м асл а . Л овко орудуя г а м м а-луч а м и ,
словно тонч а й ш и м и искусней ш и м и спица м и , х и м ик и р аз р ы ­
вают о дн и хим ические связи, соединяют другие и « п р и ш и ­
в а ют» к к р е м н и й органическому ка учуку м аслостойкий а к р и ­
л онитр и л . П о с л е этого ему н и п о ч е м ни бенз и н , н и м асло.
Та к химики конструируют м атер и а л ы , которых нет и в поми­
н е даже в богатейшей кладовой природы.
К. тому, как ведут себя облученные полимер ы , ж и вейшее
любопытство проявляют и биологи . В прочем, здесь нет н и ­
ч его удивительного. Полимеры и м еют м н о г о о б щего с в е ­
ществ а ми , в ходящи м и в состав ж и в о й ткани . Ч т о , е с л и б ы
удал ось выясн ить усл о в и я , при которых полимеры н е р азру­
ш а ются под действием излучения? Тогда, возможно, у далось
б ы по а н алогии н а йти в еществ а , кото р ы е з ащищали б ы
здоровую клетку от губительной силы р адиации . А э т о одн а
из ос новных п р о б л е м , в ол нующих космическую биологию.
В едь будущим К.олу м б а м косми ческих «терр а инкогнит а>>
п р идется столкнуться с большими доз а м и ионизирующего
излуче н и я . Очевидно и н есомненно, что л и ш ь после того, к а к
будет пр еодол е н а р ади ацион н а я опасность, человек сможет
н а долго покинуть З ем лю .
У ж е сейч а с идет п о и с к веществ, подавляющих р адиацион­
но-хи мическую р е а кцию, - так н а з ы в а е м ы х ингибиторов.
Эти « к а т а л и з аторы н а и з н а н ку» отн и м ают энергию, приво­
дящую к возбуждению и р асп аду нестой к их к облучению
348

веществ. Ингибитор ы п р еобр азуют похищенную таким о б р а ­
зом э н е р г и ю в т е п л о или свет, в те в и д ы э н е р г и и , которы е
безоп а с н ы для о р г а н из м а . И достаточно будет космонавту
п е р ед стартом п р и н ять т а б л етку с ингибитором , чтобы кос­
мич еское путешествие стало для него безоп асным . Н адо ду­
м ать, что и в земных условиях и н ги б итор ы р ад и а ционно­
х и м ич еских р е а кций также н а йдут спрос.
П р и м енение р адиоактивных излучений в х и м и и открыло
новую стр а н и цу в и стори и этой древней н ауки . Но особенно
з а метн ы е сдвиги п р инесли с собой изотопы в а н ал итические
м етоды.
В ек атом а и электр оники немысл и м без свер хчистых ма­
тер и ал о в . Если в ур ановом топливе ок ажется одн а миллион­
ная п р оцента п р и месей, сверкающая вереница ядер н ы х р ас­
п адов н е м едленно оборвется, атомный 1штел объявит « З а ­
ба стовку» . А п р и м есь м ы шьяка к гер м анию и л и кремнию,
используемым в полупроводниковой технике, п одчас не
дол ж н а превышать одного ато м а на м и л л и ард атомов чис­
того в ещества . К а к п р оконтр олировать степень чистоты ве­
ществ а с такой почти ф антастической точностью? И там, где
отказывают кла ссичес1<11 е м етоды а н ализа , на в ыручку п р и ­
ходит атом.
Облуч а я обр азец, я в ляющий собой х и мическую с месь,
можно добиться того, что некотор ы е и з содержащихся в нем
химических элементов станут р адиоактивными . При этом сам
обр азец не активир уется . А р аз так, то по в иду излучения ,
по его энергии, н а конец, по пер иоду полур а с п ада н етрудно
уст а н о в ить, с каким изотопом вы и м еете дело. Эти х а р акте­
р истики р а диоизотопа обл адают з а в идны м постоянством, и
они хорошо известны уче н ы м .
П о л у ч и в т а кого р о д а «визитную к ар точку» изотоп а и
з н а я з ар анее, пр оду1пом к а кой ядер ной реакции он являет­
ся, можно судить о том, что за п р и м ес и п р исутствов али
в
и сходной смеси. Даже есл и и х количества исчезающе
малы. В едь счетч и ки ионизирующих излучений обл адают
великолепной чувствительностью, да и с а м и излуч е н и я дают
з н ать о себе отнюдь н е с л а б ы м «голосо м » .
Описанный
м етод
н а з ы в а ется
р адиоактив ационн ы м
а н ализом . От всепроника ющих «щуп алец» этого м етода н е
скр оется более половины п ер иодической системы д . И . Мен­
делеев а , пусть даже содер ж а н и е элемента н е превышает
3 49

м и л лионной доли п р оцента . А для теллур а удалось получить
п р я мо-таки р екордный р езультат. Его п р и м есь, определен­
ная р адиоа ктив а ци о н н ы м методо м , составляла долю гр а м м а ,
кото р а я изоб р ажается дробью, и м еющей з н а м е н а тель с два ­
дцатью нул я м и ! Дл я ср авнения у местно н а п о м нить, ч т о с а ­
м ы е совершенные ультр а м икровесы, р е а ги рующие н а м и л ­
л и а рдные д о л и гр а м м а , н е с п р а вились б ы с этой з адачей,
даже если бы ст а л и в миллиард р аз более чувствител ь н ы м и .
Невозможно п е р е чи слить в с е обл асти п р и м ен е н и я иони­
sирующи х излучений, испускаемых ато м о м . И это т а л а н ты
ато м а , котор ы й упал на японских р ы баков стр а ш н ы м пеп­
лом Бикин и ! Ато м а , дьявольская сил а которого, попав в пре­
ступные руки, м ожет п р ев р атить н а шу п л а н ету в п е ч а л ь ную
обитель с м ерти и опустошения " .
Нет, атом р асщеплен не для того, что б ы нести стр адания
и с м ерть . У н е г о иная судь б а . И именно с ней связыв ают
л юди свои помыслы, свои н адежды на светлое и п р екрасное
будущее.
д ТОМ-ИССЛЕДОВд ТЕЛЬ

Е сть еще одн а о б ш и р н а я сфер а п р и м ен е н и я м и р ного
атом а , где р адиоизотопы в ыступ ают в качестве тонкого и н ­
струмента н а учного и сследов а н и я . Р еч ь идет о м етоде м е ­
ченых атомов , открытом довольно неожид а н н ы м о б р а з о м
тал а нтли в ы м ф и з и ком Георгом Хэвеши, н ы н е л ауреатом
Нобелевской п р е м и и .
В 1 9 1 1 году Х э в е ш и р а ботал в И нституте ф и зики Манче­
стерс1юго университета п од руководством п росл а вленного
ученого Эр неста Р ез е р ф орда . Одн ажды он повстречал своего
ш е ф а в первом этаже л а боратории, где было сложено не­
с колько центнеров свинца, содержа вшего при м есь ценного
р адио активного вещества - р адия D . Резерфорд обр атился
к своему юному коллеге с т а к и м и слов а м и : «Хэвеши, мой
м альчик, если в ы так т а л антливы, как п ок а з али р а ньше,
попыта йтесь в ыделить р адий D из этого с в и н ц а » .
Х э в е ш и н ем едленно п р иступил к делу, пол н ы й энтузиаз­
м а и убежде н н ы й в скором успехе. Д в а года н а п р яженного
труда потр атил молодой исследов ател ь , что б ы п р одел ать эту
п роцедуру. Но, сколько он ни бился н ад отделением р адия D
от свинца, ему т а к и н е удалось р азорвать этот сл ишко�
350

прочный союз. Неужели труд и в р е м я п р о п а л и д а р о м ? Обес­
кур аженный неудачей, Хэвеши решил уже совсем ост а вить
эту з атею. Тут-то его и осенил а остр оумн а я идея.
Е сли р адиоактивный р адий D неотделим от нер адио актив­
ного свинца, р ассуждал Хэвеши, то первый м ож н о и спользо­
в ать для отыск а н и я посл еднего . Это все р а вно, чю «поме­
тить» нер адиоактивные атомы, «привесив и м н а шею» р адио­
активные «Колокольчики». И куда бы ни скр ы л и сь м ечен ые
атомы, п р и сутств и е « бегл ецов» всегда выдает сопровождаю­
щий и х «звон кол окол ьчика» . Но оты скать ме стонахожде­
н и е - это еще не все. Р ад и оа ктивные «колокольчик и » , р ав ­
номер н о р а спредел я сь ср еди м еченого атомного « стада>> , по­
зволяют по громкости своего «позвякив ания» точно сосчи­
тать кол ичество атомов, от дел ивш ихся от р азбеж а в шегося
атомного « стада » .
Э т а идея получил а блестящее подтверждение в опытах
Хэв еши. Ученый р а створял в в оде такое кол ичество н итр ата
свинца, чтобы р а створ содержал, допусти м , ровно 1 г р а м м
свинца. После этого он добавлял туда ничтожно м ал ое кол и­
чество р ад и я D , скажем, столько, чтобы 1 г р амму св инца со­
ответств о в а л а а кт ивность, р а вная м ил л иону щелч ков в м ину­
ту на специ ально м счетчике. В с.ТJ ед за тем Хэвеши осущест­
влял с а м ы е сл ожные операции с м еченым свинцом . Н а конец
после сер и и химических п р е в р ащений с в и н ец сно в а выделялся
в виде и сходного р а створ а . При этом сум м а р н а я а ктивность
всех по р ций р а ств о р а п о - п р ежнему р ав н я л а сь миллиону
щелчков в м и нуту. И если к а к а я-то порция пока­
з ыв а л а
а ктивность
в
1 ООО щелчков в м и нуту,
э то неопровержимо сви­
детел ь ствов ало, что в ней
п р и сутствует одна тысяч­
на я гр а м м а свинца.
Метод м еченых атомов
дал во зможность изуч ать
тон ч а й ш и е
х и мические
механизмы,
свя з а нные
с п е р е м ещения м и и пере­
р а с п р еделениями самых
разли ч н ых элементов.
.М Е Ч Е НЬПi A T O fi
351

L: помощью м еч е н ы х а томов удалось показ ать, что из в сех
фосфор ных удобрений н а и бол ее эффективны суперфосф а т
метафосф ат кал ь ц и я . Е сл и примешать р адиофосфор r<
и
обычному супе р ф о с ф а ту, можно определить, откуда по­
п адает фосфор в р а стение : из самого суперф ос ф а т а или из
почвы.
Оказалось, фосфор усв а и в а ется р а стением н е сразу, а по­
сле ряда з а м е ч ател ьных п р е в р ащений в почве. Таким спосо­
бом было уста новлено, что сах а р н а я свекл а н а и более ж адно
поглощает фосфор на р а нних стадиях роста и, стало быть,
т р е бует м ного удоб рений в н ачальный пер иод сво его р а з в и ­
т и я . Точно так же о б стоит дело у т а б ака и хлоп чатника. З а ­
т о картофель пот ребляет удобрения р а вномерно в теч е н и е
в с е г о периода р о с т а . П р и м е нение радиоизотопов позволило
т а кж е р а зр а ботать более совершенную а гр отехнику. Н а п ри­
мер, в ы я снилось, что свекла р астет лучше, если суп е р ф о с ф а т
н а с ы п а ют в борозду на р а сстоя н и и 5 сантиметров о т ряда,
а не р а з б р асывают. Это очень в ажное н а блюдение: ведь боль­
шинство р а стений извлекает не более десятой дол и р а вн о м ер ­
н о р а ссып а н н ы х удобрений.
Д а в а я кур а м кор м а , помеченн ы е р адиоизото п а м и , зоо­
техн ики доказ ал и, что кур иный белок в ы р а б а ты в а ется не из
п итательных веществ , поступивших в тот же день и л и нака­
нуне, а из тех, кото р ы е куры получ а л и более месяца н а з ад.
С корлупа ж е , напротив, в ы р а б атыв ается и з атомов 1<а льци я ,
по ступивших в rот же день. Полноценность кормления скота,
обмен веществ в организме жив отного и другие в о п р осы, с в я ­
за нные с пов ышением пр одуктив ности ж ивотноводств а , могут
б ыть выяснены с помощью меченых атомов. Так, можно
п р едсказ ать, получится л и из тел ки хорошая м ол о ч н а я коро­
в а. Для этого ей вм есте с кор мо м дают р адиойод, а з атем по­
мещ а ют счетч и к против ее щи rовидной железы. По интенсив­
н о ст и излучения судя т о будущих качествах кор овы .
Неоце н и м у ю усл угу оказывают меченые атомы учен ы м ­
х и м и к а м . И спользуя серу-35, академик А . П . В и ногр адов
изучал изотопный состав серы (отношение 32S/34S ) в кр и стал ­
л ических ка мнях, породах вул к а н ического происхождения,
а та кже в различных метеоритах . В результате эти х исследо­
ваний получены новые точны е сведе н и я относительно возра­
ста, со ст а в а и при род ы космической м а те р и и и горных пород
на шей п л а неты.
352

З а последние десятилетия а том вто ргся во все области
н а ук и, кроме разве что м ат е м а тики. Нет та кого м еста в тех­
нике, где он п ришелся бы не ко двору.
С е й ч а с известно почти 500 ста б ильных и l ООО р адио а к­
тивных изотопов. Свыше 1 50 р а диоактивных изотопов при ­
годн ы для решения м ногочисленных з адач, стоящих перед
учеными, инжен е р а м и , в рача ми, а гр о н о м а м и . А что делать
с остальными радиоизотоп а м и ?
КУДА Д Е ВАТЬ ОТБРОС Ы !

Допусти м , что все интересующие человека изотопы извле­
чены из ядерного ре а ктор а . Куд а же девать оста в шиеся ве­
ществ а , которые являются н а стоящ и м и отход а м и ? В 2000 го­
ду, когда, к ак пол агают ученые, три четверти общих энер­
гети ческих потребностей будут пок р ы в а ться за счет атома,
количество р адиоактив ных отходов дости гнет 3 тысяч тонн,
что эквивалентно 75- 1 00 тыся ч а м тонн р адия, то есть 75�
1 00 м и л л и а рдам кюри.
Не упаков ы в а ть же в конце концов р адиоактивные от­
ходы в р а кеты, что б ы посыл ать их в космос! Х р а нение р а­
дио активных отходов - проблема № l атомной п ром ышлен­
ности.
Их стараются держать в н а и более концентриров а н ном
виде. Обычно изотопы с м ал ы м пер иодом жизни, н а пример
н а тр ий-24, йод- 1 3 1 , фосфор-32 и другие, помещают в спе­
циальные резервуары, где они «ум ир ают», постепен н о теряют
свею р ади оактивность в р езультате естеств енного р а с п ада.
Если речь идет о небольших количествах жидких р ади оак­
тивных отходов, то их в некоторых случ а я х можно спускать
п рямо в подземн ы е отстойники. Что к а с а ется газооб р а зных
о тб росов, они должны проходить чер ез ф ил ьт р ы , с кото р ы м и
поступ ают так же, к а к с твердыми р адиоактивн ы м и отхода­
м и . Из р адиоактивных отб росов можно готовить атомные
«спа гетти » : р а з в одят глину, п р и м е ш и в а ю т к н е й р адиоак­
т и в н ы е отбросы, формуют в виде дл инных м а к а ронин и за­
те м в с е э т о подвергают обжигу в печах. Т а к и е атом ные
« с п агетти» з а к а п ы в а ются в землю н а специальных «кл адби­
щах» р адиоактивных изотопов . А вот а м е р ик а н цы 11 р е в ра­
ти.11 и в «Кладбища» глубокие океанские в п адины. Между те м
353

э110 может п р и в ест и , к а к дока з а н о советскими учеными, к з а ­
р ажению океанских вод.
Решение отоль в ажной проблемы, несомненно, под силу
сов ременной технич еской мысли, не говоря уже о будущем.
В конце концов все больш е р адиоактивных изотопов н аходит
пр именение, так что и количество отходов будет сокращаться
день ото дня .
АТОМ И БУДУЩЕ Е

Изотоп ы упрямо стучатся в двери мирной экономики, п р и­
нося с собой р еволюционные преобразов а н и я . В 'Гайниках
м ал ень кого ато м а скрыто еще много неожиданноотей . Аме ­
р и канский ф из и к У. Л и б б и как-то сказ ал, что чуть ли н е
каждые 5 м инут м о ж н о п р идумывать п о дв а новых способа
п р и менения р адиоиз отоп ов. И тем не менее даже богатое во­
о б р а жение не в сил ах п р едставить себе все способн о сти
ми рного атом а . Целый кал ейдоскоп возможностей, особенно
если говорить о будущем !
Вполне в ер оятно, что р адиоизотопы сослуж ат человечест­
ву не меньшую службу, чем атом н а я энергия.
Атом ... С коль,ко н адежд, сколько о п а сений вызыв а ет он
у человечеств а ХХ столети я ! Неисчерп аемый, он должен при­
н е с т и и п р инесет п рогр е сс, с ч а стье, м и р . В этом уверены со­
ветские л юди, строящие ком муниз м . П р ойдет н е м н ого в реме­
ни, и история н апишет гневную эпита ф и ю военному атому,
широко р а спахнув дв е р и перед дружелю б н ы м и сил а м и ново­
го Геркул е с а .

1

Г ДЕ
П РЕ ДЕП 'I

Посмотрит е еще р а з н а с истему х и мических элементоn.
Она н а ч и н а ется с водорода и конч а ется . . . Лет дв адцать п ять
на зад мы бы ув еренно з а я в или, что в с а м о м конце систе м ы
химических элементов д . И . Менделеев а стоит ур а н . Еще
вчера м ы б ы сказ а л и, что последним элемент о м являет ся но­
бел и й ( п о р ядковый н ом е р 1 02 ) , н о сегодня уже синтези ров а н
№ 1 03 ( л оуренсий ) . А что будет з а вт р а ?
Итак, верхняя г р а н и ц а с и сте мы смещ а ется в сторону бо­
л ее тяжелых элементов , и о том, сколь долго она будет е ще
смещаться, м ы погов о р и м дальше.
СНАЧАЛА

О

НИЖНЕ М ГРАНИЦЕ

С нижней границей, кажется, в с е в п о рядке. В одород всег­
да был с а м ы м л егким из в сех известных элементов. В с а мом
деле, что назыв ается хим ическим элементом?
«Совокупность атомов, обл адающих один аковым з а рядом
ядр а » .
У водорода з а р яд ядр а м ин и м альный : 1 . Т а к и м обра­
зом, в одо род является первым х имическим н а ч а л о м , или эле­
ментом, и в ест и р азговор о нижнем п р еделе системы больше
к а к будто б ы н ечего. Одн а к о то, что не .в ызывает сомнений
н а первый взгляд, далеко н е всегда ясно н а са�ом дел е .
Когда в 1 869 году Мендел еев откр ыл п е р и одический за­
кон , еще н е были известны м ногие из х и м и ч ески х элементов
и решит ь вопрос об их количестве считалось невозможным .
С ам ы м легким был водород ; его атомный вес - едини­
ца. За ним шел л итий, почт и в семь раз более т яж.е лы й . Ге355

лий, который т е п е р ь з а н и м а ет второе м е сто в системе, тогда
еще не о б наружили на Земле. З а л итием шл и элементы
с близкими ато м н ы м и весами ( 0 Ве, 1 1 В , 1 2 С , 14N, 160 и т. д . * ) .
Менделеев , конечно, о б р атил внимание н а столь большой
р аз р ы в в ато м н ых весах соседних алементов, ка1юй и м ел ме­
сто между в одор одо м и литием. Подо б н ые р а з рывы обнару­
ж и в а л и сь и в некот о р ых других местах системы. Автор пе­
р иодического з акона совер шенно справедливо счи т а л , ч т о ре­
шение этою вопроса р а скроет внутреннюю п р и р оду эл емен­
тов и приведет к в ы я снению их числа. По м н ен и ю Менделе­
ева, некоторые элементы могли отсутствовать в систем е из-за
с воей неустойчивости . Он п исал, что е сть н е м а л о элементов ,
« существование котор ых до некоторой степени подв ержено
сомнени ю , потому что нам не известна п р и р ода тех сил,
которые п р о изводят так н азыв аемую элементарную ф о р м у
м атери ю> . «Некото р ы е р а в новесия, - з а ключал Менделеев.­
просто невозможн ы » . Это было ска з а н о з адолго до откр ытия
р ад и о а ктивности.
Ука з ы в а л о н и н а то, что глубокое изучение ф и з ических
и химических . с войств ур а н а - тогд а последнего элеме. н т а ­
приведет к новым открыти я м в ф изике и х и м и и .
С 1 875 г о д а н а ч а л и отыскиваться н о в ы е элементы, для
которых Менделеев оставил пустые клепш в своей системе.
В 1 886 году был открыт уже третий из т а ких элементов ге р м а н и й . Однако в том же году английский ученый Уильям
Крукс гово р и л : «Мы смотр и м на число эл еменТrов, н а их от­
л и ч ительные свойства и сп ра ш ив аем себя: случ айны и л и
ч е м - н и будь обусл овлены эт и обстоятель ств а ? Д руги м и слов а ­
м и , м огло ли б ы т ь только 7, или 700, и л и 7 ООО а б солютно
р азличных элементов?»
Почему же возникали т а кие вопросы?
Прежде в сего из-за н еполноты тогдашних з н ан и й о самих
элементах. П ер и одич еский з акон б ы л откр ыт, а причина пе­
р иодичности ост а в а л а сь непонятной, так к а к в X I X в еке п оч­
т и н ичего н е з н а л и о строении атом а . Представление о за­
р яде ядра появилось з н а ч ительно п озже, в н а ч а л е второго
десятилет ия ХХ в е к а . Р аньше порядковый номер элемента
был пр о сто р еги стр ационным н о м е р о м в таблице элементов.

356

* Здесь

п р и водятся

приблизительные

ато м н ые

веса

эле м е н т о в .

Поэто м у не нужно удив­
л яться тому, что Д. И . Мен­
делеев мог делать уверен­
ные п р едсказ а н и я только
о недостающих в н утри си­
стемы элементах н а основа н и и данных о в сех соседях
«невидимки » . Но в ыйти з а
р а мки системы он не мог.
Дл я иллюстрации сказ а нного
п р и ведем
такой
В озьмем первые
п р им е р .
два периода системы эле­
ментов.

н
1

Li
7

Ве
9

В

tt

С

12

N

14

О

16

?
3

F

Не
4

в XIX

]!Е.КЕ

Ne

19 20

Е сл и бы м ы не знал и , что
порядковые номера х и миче­
ских эл ементов есть не что
иное, как з а р яд ядр а , который
в эт оИ
увел и ч и в а ется ровно на едини­
ЦИ<!'Е:Е
СУ Т Ь
цу п р и пер еходе от одного эJ1 е­
nЕР И О·
м ента к другому, то н е могл и
.Д ИЧ I!С·
бы совершенно уверенно ска­
!<' О r o
зать, н а ходятся л и еще к акие­
ЗАКОНА
нибу дь элементы между водо­
:В .ХХ м: l<E
родом и гелием и , точно т а к
же, е с т ь л и элем енты выше
водорода. Можно пр едпол а г а ть, н а п р и м е р , существов ание
в пер вом периоде элемента с атом н ы м весом 3, а н алогом ко­
торого яв л яются фтор и другие галогены. Действительно, по­
добные п р едположения в ы сказывались .
К а к же в те годы решался вопрос о н а ч а л е систе м ы ?
Опыт изучен и я л егких элементов св идетельствовал, что
все о н и широко р а спростр а н е ны в п р и роде. Поэтому выск азы­
в а лось мнение о невоз можност и н а й ти еще какие-либо н о­
в ы е , более легкие эле менты . Одн ако н а ч и н а я с 1 894 года был а
357

откр ыт а группа и н е р тных газов, в том числ е гелий, имею­
щий м алый атомный вес ( 4 ) . Вновь открытые элементы ока­
з ал и сь химически недеятельными, а п отому и м алорасп рост­
р анен н ы м и . Т а к и х эле.м ентов химики р а ньше н е з н а л и .
В течение десятков лет многие учен ы е в ы ск а з ывались
в пользу идеи еди нст в а п ростых тел х и м и и,
считая все хи­
м ические элементы построенными из одного, более л е гкого
элемента, чем в с е до сих пор известные. Э то было воз рож­
дением н а шумевшей когд а-то гипотезы Проута, пол агавше­
го, что хим ические элемент ы построены из атомов в одород а .
Одн ако гипотез а П р оута была опровергнута э.кспер и м ен­
т альными определ е н и я м и величин атомных весов : у боль­
ш и нств а элементов они вовсе н е являются кратными атомно­
м у в есу в одород а .
Это б ы л о в н а ч а л е X I X в е к а , а в конце е г о с т а л и говорить
то о г ипотетическом «п ротиле», то об элем енте « Коронию>,
спектр которого якобы наблюдался в солнечной короне. По­
иски более л егких элем ентов на Солнце объясняются, конеч­
но, огромной темпер атурой н ашего светил а , создающей ус­
л ови я д л я появлен и я этих п р о стых, к а к дум али, элементов,
из которых з атем скл ады в а ются бол е е сложные.
В ыдаю щиеся открытия в науке - откр ытие электрона,
рентгеновых л учей, р адиоактивности, в з а имопрев р а щ а емости
эле м ентов - р а ск р ы л и п р ироду химических элементов и
показ а л и , что атом состоит из ядр а , з а ряжен н ого положи­
тельно, и электр онов, в р ащающихся в округ ядр а . Тогда-то и
было утверждено положение о з а р яде ядр а , которому равен
порядковый номер элемента в системе. И т а к , водород о ст а\Лся
пер в ы м , так как з аряд его ядра р а в е н l . И все же и стори я
с н и ж н и м п р едел ом оказ а л а сь не совсем з авершенной. « В и ­
новником» этого был отча сти Мендел еев . В 1 906 году о н поме­
стил в с и стеме элементов н а р яду с нулевой г руппой нулевой
период, ж ел ая тем с а м ы м подчер кнуть существов ан и е элемен­
тов в еще большей степен и , чем и нертные газы, л и шенных
хим ической акти вности. В нулевой период вошли дв а гипоте­
тических ( п р едпол агаемых) элемента Х и У, ставших в ыше
водор ода и и м евших а томные веса l 0-5 для Х и 0,4 для У.
Н адо с к а зать, что о существ о в а н и и более л егкого,
чем водород, элемента Ме ндел еев з адум ы в ал ся еще в
1 87 1 - 1 8 72 годах, п о н и м а я в ажность р ешения этого вопроса
358

У.I'ТS1!'РД И.Л О :В.О.до.
Р о.ц НА 11.ЕРJ\й.Н.
ш: с п .

дл я объяснения причины периодичности и п р и р оды эл е­
мен тов.
Позднее н а основе учения о стр оении а то м а было уточ­
первым из них
нено п о н я т и е о «химическом элементе» и
призн а н водород. Х и У, как н е соотв етствующие этому о п ре­
делению, изъяли из системы элементов.
Однако з атишье н а ступило ненадолго . Когда были откры­
ты протоны и нейтроны, состав л яющие ядр а а т омов , появ и­
л и сь попытки вкл ю чить нейтро н в систему элементов. П р ед­
,'l а г ал о сь считать его элементом с порядко в ы м н о мером,
р авным нулю. В подкрепление выдвигаемой точки зр ения
ссылались н а менделеевские эл ементы Х и У. Один из х и м и ­
ков даже советов ал н а з в а ть нейтрон « менделеев и е м » .
В ключить электрон в систем у эл ементов химики п р обов ал и
еще р анее.
Отдельные учены е пытались вв ести п р едс т авление о цик ­
л а х или сдвоенных периодах. Известно, что в сист е ме эле­
ментов периоды по 8, 1 8 и 32 эле м ента повторяются дв ажды.
Исключ ением является единственный: (первый ) , состоящий
из двух элементов . С введением нулев ого периода н а р у ш ен­
ная его отсутств ием стройность системы в осста н а в лив а л а сь.
Та �< а я систе м а хорошо подчиняется формуле: Z = 2 (ni2+n 22) ,
где т - номер нечетного, а п 2 - четного ряда аисте.мы, а Z­
ч и сл о элем ентов в любом периоде.
359

Из каких же элементов состоит нулевой пер иод? И м и ока ­
зы в а ются электрон и нейтрон. Совершенно очевидно, что ни
тот, ни другой не п одходят под определение элемент а. В ед ь
в нейтральн ом состоя н и и каждый из ато м ов ка кого-либо эле ­
м ента и м еет ядро и обол очку, состоящую из электр о н о в .
В пери одической системе элементов к а к р а з и в ы р ажается
з а к ономерное усложнение электронной о болочки с увеличе­
нием з а р яд!'! ядр а . П р и отсутствии этой совокупности ( яд р а
и о болочки ) мы п ереходим к к ачественно н о в о м у виду ч а с­
т и ц м атер ии. Действительн о , ядра ато м ов и изотопов о б р а ­
зуют с в о ю систему, элементарные ч а стицы - св ою и т. д .
В стр е м л е н и и в кл ючить в систему элементов нулевой пе­
р иод с к а з а л о сь жел а ние н а гл ядно п р едст а в и ть в се ту ж е
идею еди н ств а м ате р и и , в з а имосвяз ь р а зличных ч а стиц м а ­
тер и и . В едь э л ек р о н , нейтр о н , протон и гелий ( и х и н огда
н а з ы в а ю т «пр аэлем ент а м и » ) являются как бы сост а в ной
ч а стью всех элементов. В посл едне е время р азвитие этого
взп роса пр ивело к том у , что на страницах н а учных журна­
лов стали появляться публикации «периодических систем
элем ентов и а нтиэл ементов » . Под последн и м и п о н и м а ются
м атериальные о б р а з о в а н и я , состоящие из позитронов ( кото­
рые явл яются ан11иэлектрон а м и : электрон - е - , позитрон е + ) и антиядер , сост ав л енных, в свою очередь, из а нти п р о ­
т о н о в и антинейтронов , которые тоже теперь открыты.
Х и м ики же в своей р а боте использ уют пока обычную
«кл а ссическую» систем у элементов, н а ч и на ющую ся с водоро­
д а - перв ого химич еского элемента.

360

Т!:ПЕРIЬ О В ЕРХН ЕА ГРАНИЦЕ

Б ыл о время - и тянулось оно, н адо с к а з ать, весь м а дол­
го, - когда та б л ицу элементов з а м ыкал элемент ур а н . З а
н и м н ачина лось Н еизвестное. Беспокой н а я мысль учены х не
мог.1 а отв етить н а вопрос, п о ч е м у в п р и роде не о б н а р ужены
эле м енты тяжелее у р а н а . Может, они невооб р а з и м о р едки ,
м ожет, не существует вообще, - неда ром же Менд-еле ев
з а вещал гр ядущим покол ениям ученых особое в н и м а н ие об­
р атить н а уран. «От последнего в списке элем ентов можно
ожидать в сяких сюрпризов», - говорил вел и кий ученый. Эт о
п р едвидение н а ч а л о сбывать ся уже п р и его жизни. В едь
именно с у р а ном оказалось связ а н н ы м открытие явления р а ­
диоа ктивности.
Эл ем е нты конца периодической сис'Ге м ы неустойчи вы к т акому в ыв оду пр ишли ученые в н а ч ал е ХХ века. П р ос т ая
логика п одска з ы в а л а , ч т о т р а н сур ановые элементы облад а­
л и , по-в иди мом у, невысок и м и п е р иода м и полур асп ада и п о ­
тому не сохр анил и с ь до н а шего врем ени. Вот почему менде ­
леевская систем а обрыва ется н а ур а не. Но это был о л ишь ка ­
чественное объяснение.
Чтобы дать отсутствию тр а н су р а н овых элем ентов в п р иро­
де более строгое научное объяснение, нам п р идется сд ел ать
некоторое отступление.
В се элементы конца та блицы Менделеев а , н а ч и н а я с п о ·
л о н и я , р адиоактив н ы . Н о л и шь у ра н и торий сохра нились и
по сей день с той поры, к ак о б р а з ов а л а сь сол н еч н а я ои сте м а .
Существ ующие в п р и р оде их изотоп ы ( тори й-232, у р а н -235.
ур а н -238)
и меют периоды пол у р а сп ада,
п р е вышающие
возр аст З ем л и , р а вный 5 м и л л и а рдам лет. Остальные же р а ·
диоактивные элементы - полоний, р адий, а ктиний и др угие гор а здо менее дол говечны. Те их количест в а , которые мы
сейчас о б н а ружи ваем в зем ной кор·е , п редставляют собо й
п р одукты р а сп ада долго живущих изотопов ур а н а и тория.
О н и являются вторичны м и элемен т а м и . С упруги I(юри в ыде­
л и л и из иоахим ста льской руды вторичные р адий и полоний,
Дебьерн открыл вторичный акти н и й .
Чему же обяз аны у р а н и тор и й своей ср ав н ительн о огром­
ной долговечностью? I(аз алось б ы , ч ем дальше р а сположен
элемент в периодической системе, тем он н еустойчивее. А н а
деле пер иод ы полур а с п ада изотопов у р а н а и тория п р евосхо36 1

дят периоды полур а с п ада в с ех пр очих изотопов радиоактив ­
ных элементов в миллион ы и деоятки м иллионов р аз .
Ответ дадут н а м некоторые з акономер ности ядерной
физики.
46 р ади оизотопов входят в ряды р адиоактивных п р е в р а ­
щ е н и й у р а н а -238, у р а н а -235 и тория-232 ; 3 4 из них являются
альф а - активными .
Испускание ядер :r�ели я - главный вид р а спада у тяже­
лых элементов, и и м ен н о у них альф а - р а с п ад п р оявл яется
весьма энергично. Для к аждого альф а - а ктивного изотоп а ха­
р а ктерна своя в е л ич и н а энер гии р а спада. Чем выше эта
энергия, тем менее долговечен изотоп, тем меньше период
его п олур аспада.
Физики и з м еряют эту энергию в спе ц и а л ь н ых единицах­
эл ектроновольтах. Т а к, у а стата-2 1 3 эта энергия сост а в ­
.Jiяет 9,2 м иллиона э лектроновольт (Мэв) , а у тор ия-232 4,05 Мэв. Первый
поги б а ет, не успев
родиться, живет
сотые дол и секунды ; второй теряет полов ину а томов з а а ст­
рономически большой срок - 1 0 милл и а рдов л ет. К а к буд­
то противореч и е : более л егкий эл емент оказыва ется куда ме­
нее устойчивым, чем более тяжел ы й . П а р адокс. Но физика,
и особенно ядер н а я , гор аздо богаче п а р адок с а м и , чем КаI{аЯ­
н и б удь другая н а ук а .
И вот к а к о н реш ается. Изуч а я атомное ядр о, уч еные п р и ­
ш л и к выводу, ч т о .в я д р а х и м еются особые п р о тонные и ней­
тронные оболочки. Восьм иэлектронные оболочки инертных
газов оказыв аются весь м а устойч и в ы м и . Это и о бусл авл и­
в а ет « бл а городство» инертных газов. Ядр а, содержащие за ­
полненные протонные и л и нейтронные оболочки, т а кже р езко
выделяются по св оим качеств а м . Н а п р и м е р , ядр а со 1 26 ней­
трон а м и з н а ч ительно устойчивее своих соседей. Изотопы по­
.т�ония, а стата , р адон а , ф р а нция на х одятся, в ы р а ж а ясь н а
языке ядерн о й физики, в обл а сти н ейтронной оболочки и з
1 26 н ейтронов. Что д л я н а с особенно в ажно, этот ф акт силь­
но в л и я ет н а величины энергий альф а - р а сп ад а .
У всех изотопов, и м еющих более 1 26 нейтронов, э т и энер­
rии сначала р езко воз р а стают . По а н а л огии с обычной хи­
м ией, когда каждый ион стрем ится достичь электронной
структу р ы инертного г а з а , ядра как б ы желают з аполучить
устойчивую 1 26- нейтр онную об олочку. В от почему элементы
362

от полония до р адия так н еустойчивы по отношению
к а л ьф а - р а сп аду.
Д а л е е в л и я н и е « м а гиче ской» оболочки о сл а б ев ает, и
энергии а л ьф а - р а сп ада уменьшаются. А это, в свою оче р едь,
п р и в одит к р осту периодов полур а сп ад а . У тория, протакти ­
н и я и у р а н а е е влияние ничтожно, н о про такт и н и й подводит
то, что о н эл емент н е четный, а они, как п р авило, м енее устой­
чивы, чем их четные соседи.
Н о з а у р а н о м долж н а сказыв аться друга я тенденция более тяжел ы е ядр а по с а м о й своей п р и р оде будут представ­
л ять м ал оустойчивые о б р а з о в а н и я . О н и слишком п ерегруже­
ны нейтрон а м и и прото н а м и и, о б р а з н о говоря, «р а з в а л ив а ­
ются п од дей ств ием собственн о й тяжести». Действ ительно,
у нептун и я , плутония и п о сл едующих тр а н с у р а н ов энергия
альф а - р а с п ада в о з р а с т а ет. Поэтому он и н едолгове ч н ы ; п оэто­
му у р а н дол гое время оста в а л ся п оследним элементом п ер ио­
дической с и стемы.
То, что м ы р а сска з а л и , хорошо известно теперь; ученые
н а ч а л а ХХ века н ичего не з н а л и об этом, и б о с а м а н аука
о п р ев р ащении эл ементов тол ько л и шь з а рожд а л а сь , и н и ­
чь и уста н е п р оизносили еще столь п р и в ычного н а м тер м и на
«ядер н а я ф и з и к а » . И с следов ател и в слепую шли по п р оторен­
ной дорожке - искали за урановые эл ементы в земных м и­
н е р а л а х . И н ы е тешили себя мечтой о б н а р ужить хотя б ы бли­
ж а й ших соседей у р а н а , другие п р и бегали к э ф ф ектн ы м , но
н а деле совершен н о беспочв енным н а учным спекуляциям .
. . . П ож алуй, одной из н а и б олее оригинальных в истории
человечеств а был а небольша я экспедиция в Гренл андию, со­
стоя в ш а яся в н а ч а л е 20-х годов н а шего в ека. Ученые боро з ­
д и л и б е скр а й н и е простор ы «ледян о го остров а » отнюдь не р а ­
д и геогр а ф и ч еских и ссл едов а н и й . И х ц е л ь был а т а к же п р о ­
ст а , к а к и непонятна н а п е р в ы й взгл яд. О н и стремились
со бр ать п о б ольше стр а нного с ероватого пепл а , который м е­
стам и четко в ыдел ялся н а ослеп ительно сверкавших под
солнцем льдах. Полагал и , что эта своеоб р а з н а я полярная
«пыль» и м еет космическое происхождение.
В ней немецкий ученый Р и х а рд С в и н не р а ссчитывал о б­
н а р ужить эл ементы тяж.е лее у р а н а . У исследова теля был а
своео б р а з н а я концепция относительно т рансурановых эле­
мен тов, ос.н о в а н н а я на сложных, м ал о кому п онятных умоза3 63

ключениях. Он счит а л , что неrшторые т р а нсур а н ы будут до­
вольно устойчив ы м и , н а п р и м е р эл ементы № 1 08 и 1 1 0.
З атея ( здесь трудно подо б р а ть др угое слово) Свинне по­
те рпела крах. С тех п о р п оиски т р а нсур а новых элементов в
п р и р оде п р едставляли собой долгую цепь неудач и р а з о ч а ­
р о в а ни й . В конце концов нептуний и плутоний о б н а р у жил и
в земных минерал а х , но в кол ичеств ах, пр едставл яющих ско­
рее теоретический: интерес. В е сь нептуний и плуто н и й , со­
держащиеся на н ашей п"1 анете, легко погруз ить на средней
руки с а м оходн ую б аржу.
П р а кт ически им еет смысл говор ить лишь об искусствен­
ном получении т р а нсурановых эл ементов. В 1 940 году были
синтезированы нептуний и плутоний, в 1 96 1 году м и р узнал
о « рождении » сто треть его эл емента, лоуренсия. Иными сло­
в а м и , за какое-то двадцатилетие ядер н а я ф изика преуспела
в «н а р а щ и в а н и и » периодической оистемы элементов.
Говор я о верхней гр анице п е р иоди ч е ской с истемы, м ы
должны теперь и м еть в в иду пр едел синтеза новых элемен­
тов. Где тот последний элемент, в ыш е которого ядерный син­
тез уже не будет и м еть смысл а ?
ГДЕ Ж Е ПОСЛЕДНИlil ЭЛЕМЕНТ ТдSЛНЦIЬI МЕ НДЕЛЕЕВд.!

Тут мы сно в а сдел аем м аленькое отступление. Е сл и п ро­
следить з а и сторией открытия изотопов радиоактивных эле ­
м ентов, выявляется л ю бопытн а я деталь . С н а ч а л а ученые об­
н а руж и в а л и изот о п ы с большими периода м и п ол ур а сп ада
( сотни и десятки лет, годы и дни) . Потом проникл и в об­
д а сть ч а сов и м и н ут. Далее и м уд алось «пойм а ть » изотопы,
которые жили секунды и десятые доли секунды . П одо бно то му
к а к совершенствов а н и е м икроско п а позволяло учены м р а з­
гляды в а ть в се более и более мелкие ч а стицы, р азвитие р а­
диометрической техн и1ш давало возмож ность « з а секать» изо ­
топы с более коротки ми п е р иода м и полурас пада. Следо в а ­
тельно, чем сов ершеннее станет аппар атур а , тем более
короткоживущие изото пы удастся о б н а р ужить . Только когда
изотоп будет р а спадаться ф а ктически в момент о б р а з о в а н и я
1 период
пол у р а с п а да окажется п орядк а l 0-20 секунды ) ,
никакие экспе р и ментальные ухищр ения уже не позволят его
з а фиксиров а ть.
36 4

У к а кого же по счету т р а н суранов ого эле мента следует
ждать изотопа с п одобным периодом полу р а с п а д а ?
К акие ви д ы р адио активного п рев р а щ е н и я свойст в е н н ы
тяжелым ядр а м ?
Во-пер в ых, альф а - р а сп ад, испус к а н и е ядер гел и я ; о ero
з а кономерностях м ы уже сказали р анее несколько слов.
В о-вторых, спонтанное, или с амопроиз вольное, делени.е
яде р ; оно в м а лой степени п р оявляется уже у у р а н а и то рия:
( н а пр и м е р , период полур а спада у р а н а -238 п о спон т а н н о м у
дел ен и ю ссставляет 8 1 015 лет) , а н а ч и н а я с фер м и я ( № 1 00)
ста н ов ится весь м а вероятным . ( Т а к ф е р м ий-255 имеет пери ­
од полур а с п ада по спонтанном у делению р а вн ы й 20 года м . )
В -т ретьих, н а конеu , превр ащение ядр а путем з ах в а т а эле­
ктр о н а с ближ а й шей К-оболочки, та к н а з ы в а е м ы й К-з ахват.
К а к а я же из этих возможностей окажется роковой для
сверхтяжелых тр а н сурановых элементо в ? Для какой из н их
период полу р а с п ада р анее в сего достигнет критического м и ­
нимума
I 0-20 секунды .
С р азу покончим с К-з а хв а т о м . П р едст а в и м себе , что т я­
желые ядр а были бы подвержены только этому в иду п рев­
р ащений. Тогда можно было бы б ес препятствен но с и н т е з и ­
ровать в с е н о g ы е и новы е элементы, вплоть до п о и сти н е
яд р а - г и га н та с з арядо м , р авным 1 37 . Л ишь у его ато м а К - о б о ­
лочка н а столько б ы п р и б л и з и л а сь к ядру, что электр он не­
медл е н н о « п р о в а л и лся» б ы в ядро и з а р яд уменьшился н а
еди ницу.
Но в с я беда в том, что ал ьф а - р а сп ад и спонтанное дел ени е
у сверхтяжелых ядер куда более вероятны, нежели к-з ахв ат,
и и м е н н о и м суждено опр еделить верхнюю г р а н и цу пер иоди­
ческой си стем ы . З начит, оста ется об судить первые две в оз­
можности. С р азу оговор и м с я , что тео р и я пока н е может ука ­
з ать, у каких изотопов п оявится м и н и м ально возмож н ы й пе­
р и од полур а с п ада по а л ь ф а - излучению и л и с п о н т а н н о м у де­
лению. Теория д а ет пока лишь вероятные интер в а л ы зна­
чений.
�'же начиная с н ептуния, энергия ал ь ф а - р а сп ада изотопов
воз р а стает, и уменьшаются соответст в е н н о п е р иоды полур а с ·
пада. Ученые п р едсказывают, что у изотопов эл ементов с з а ­
рядом ядр а, р а в ным 1 04, «долговечность» не будет пр евы­
шать м ил л и он н о й доли секунды. Одн а ко у яде р, р а сположен­
ных в этой области, появится у стойчив а я оболочка из 1 52 н е й ·

-

365

кто

п оел ЕдНИИ ?

тронов . Изотоп ы с бол ьшим числом нейтронов окажутся еще
бол ее подв ержен н ы м и альф а - р а сп аду. П о - в идимому, у эле­
ментов с з ар я д а м и ядер 1 05- 1 07 пер иоды полур а сп ада изо­
топов п о альф а - излучению будут весь м а близкими к мини·
мальному критическому з н ачению.
Со спонтанным деление м вопр ос обстоит так. В ыдающий­
с я а м е р и к а н ский ученый, «отец» трансурановых элементов
Гленн С и борг пока з а л , 'ЧТО пер иоды полур аспада п о спонтан­
ному д ел ению з а в и сят от величины отношения Z21A , гд е Z
з а ряд, а А - м а ссовое ч исло изото п а . Чем больше это отно­
шение, тем меньше п е р и од полур а сп а д а . Дл я ур а н а-238 оно
р авно, н а п р и мер, 35,5. Из отоп , который бы р а сп ал с я мгно­
вен н о , дол ж ен и м еть Z2 /A , р а вное 47. Это должно случ иться
у изотопов с з а р яд а м и ядер 1 1 4- 1 1 6 и м а ссов ы м и ч и с л а м и
280-282. Таким о б р а з о м , п о сл едний эл емент в т а б л ице М е н ·
дел е е в а , обр азно гово р я , скорее погибнет о т а л ьф а-р аспада,
нежел и от спонтанного дел ения .
Б ыл и време н а , когда откр ьггие нового х и м ического эле·
мента оказыва лось событием и химики н ач и н а л и подробно
изуч а ть его св ойст в а , и ск а ть возможно сти п р а ктического при­
менения . Но в книге о б истории откр ытия элементов гл а в а
о трансур а н а х будет н о с и т ь совершенно особый х а р актер .
Если свойст в а нептун ия и плутония изучены хорошо, а пл у­
тоний к том у же - одно из основных ядер ных горючих, если
н аписаны м оногр а ф и и по химии а м е р иция и кюр и я , то м а ло
что можно сказ ать об остальных тр а н сур а новых эл е м ентах.
366

Пока еще они досто я н и е только ф изики. В едь в с а м ом деле,
о каком изучении свойств м ожно говор ить , если ученые си и ·
тез ировали с н а ч а л а лишь 1 7 ( ! ) атомов сто п е рвого элемен­
т а - м е нделеев и я , а для сто второго и сто третьего счетчю<
з афиксировал л и шь единичные атомы.
К концу пер иодической системы ка к бы исчез ает привыч
ное н а м п р едставление о хими ческом элем енте. Но это н и
в к о е й м е р е н е грозит величественному зданию т а блицы Мен ­
делеев а , и с пр ежней силой звучат сл о в а авто р а пер иодиче
ского з а кон а : « Б удущее н е р азрушение з акону пер иодично ­
сти, а только р а сширение и р а з в итие обещает ! »
·

СОДЕР ЖАНИЕ

От составителей .
Пути не о р г а н и че ской

.

.

.

.

2
3
36
60
74
91
1 10
!31
1 44
1 67
194
209
236
253
269
231
29 1
308
317
332
3 55

х и м и и . Юл. М е д в ед ев
К а р та С т р а н ы элементо в . В. Карелин
Мета ллы легче в оды . Ю . Ром.ап ьков
.
. .
Эле м ент ы щелоч н ых з е м ель. В. Василевс кий
Основы о с н ов. Т. и А. Сен чеюсовы . .
Безжизненный и жизнь . Ю . Ро.11ан ьк ов
Несущий свет. Л. Власов
.
. . .
О1< еаны из двух газ ов . Ю . Ром.анько в . .
Один из с а м ы х древ н их. К. Капустин ская
Рожда ющи е соли. Ю. Ром.ан ьков
.
.
Его В еличество Желез о . В. Василевски й .
.
А есл и бы не было желез а ? В. Василевск ий
�'дивит ельно е се мейств о . Д. Трифон ов
Б л агородны е мета ллы. Л . Б обров
. .
.
В а лентность, р а в н а я нулю . Ю. Ро.ман ьков
П р ев р а ще ние элем е нто в. Г. Лощилов
Ф а бр ика и зотопов. Г. Ло щил ов
.
Век искусственн ы х э леме нто в . Э. Драгунов
Друзья и л и в р а г и ? Л . Бобров
.
Где п р едел? А. Макареня и Д. Трифонов

ПУТЕШЕСТВИЕ
М.,

В

«Молодая

368 стр.

СТРАНУ

Л.

Р едактор

р е д а ктор

Техн. р е д аюор
Подп .

Печ.

л.

Тир а ж

С б о р н н 1<.

1963.
54

Худож.

АО2 1 49.

Э Л Е М Е Н ТО В .

гвардия» ,

к

п е ч ати

23 ( 2 3 )

+

33 ООО экз.

Типография

rвардпя » .

Москв а ,

А нтонюrс
А. Степаназа

Г.

Л ещинская

28/ V 1963 r. Б у м .
вкл. Уч.-изд. л .

1

Заказ

• Кр а с н о е

П90

2 1 75.

знамя»

А-30,

Цена

изд-ва

60 Х 841 /16.
1 9 ,2.

75 коп.

•Молод а я

Сущевск а я

,

21.