От водорода до …?

Разрушающий

9. Фтор — Fluorum (F)

Ни один из химических элементов не принес химикам столько трагических событий, как фтор. Погиб один из членов ирландской Академии наук Томас Нокс, потерял трудоспособность другой ученый той же Академии Георг Нокс, мученическую смерть принял известный химик из Нанси Джером Никлес. Поплатился жизнью брюссельский химик П. Лайет. Отравились фтором и пострадали Гей-Люссак, французский химик Тенар, английский химик Дэви и многие другие. И сейчас работа с фтором требует большой предосторожности и продуманных мер защиты. Резиновые перчатки и фартуки при действии фтора могут воспламеняться. При соприкосновении с кожей фтор вызывает сильные ожоги, вдыхание его приводит к тяжелому воспалению дыхательных путей и легких, могущему закончиться отеком легких и смертью. Для защиты дыхательных путей применяется кислородный прибор или специальные маски, соединенные фтороупорным шлангом с источником чистого воздуха. Малейшая неосторожность в работе с фтором — и у человека будут разрушены зубы, обезображены, испорчены ногти. Даже небольшие количества фтора и его соединений быстро вызывают разрушение зубной эмали. Постепенное и длительное или хроническое отравление фтором (что может происходить при повышенном содержании фтористых соединений в питьевой воде) ведет также к повышению хрупкости костей. При избытке фтора наблюдается выпадение соединений кальция в тканях и, в частности, в стенках сосудов, что делает их хрупкими и ломкими. Ломкость сосудов — опасное явление, связанное с тяжелыми и часто смертельными кровотечениями.

Но все-таки определенные количества фтора необходимы для нормальной жизнедеятельности человека и животных. Это было установлено после случайного обнаружения фтора в зубе ископаемого слона, найденного в окрестностях Рима. Находка побудила исследователей заняться изучением химического состава зубов животных и человека. Оказалось, что фтор является необходимой составной частью костей и зубов. В состав зубов входит до 0,02 % фтора, причем большая часть этого количества как раз входит в эмаль. Фтор, необходимый для построения зубной эмали и костей, поступает в организм с питьевой водой, где его содержится до 1 г на 5 т воды.

При содержании фтора в воде, превышающем 0,0005 %, развивается особое заболевание зубов — флюороз, проявляющееся в почернении зубной эмали и выпадении зубов. Флюороз обычно наблюдается в районах вулканизма и месторождений фтороапатитов (Япония, Северная Африка, некоторые местности в Америке и других странах). Если содержание фтора в питьевой воде недостаточно (менее 0,00005 %) его место в зубной эмали замещается ионами гидроксила. В результате устойчивость эмали резко снижается, наступает кариес (нарушение целости эмали и дентина), быстро ведущий к полному разрушению зубов.

Фтор оправдывает, как видим, свое греческое название «разрушающий», принятое русскими химиками («фторос» по-гречески — разрушающий).

Массовые опыты борьбы с порчей зубов путем добавления фтора к воде (1 : 1 000 000), проведенные в разных странах, показали очень ценные результаты. В результате добавки хлористого фтора в питьевую воду число случаев порчи зубов среди детей города Пуэрто-Рико уменьшилось на 65 %. Самая большая установка для фторизации воды сооружена в ГДР. Фторируют питьевую воду и для жителей заполярного Норильска.

Но избыток фтора действует на зубы еще разрушительнее, чем недостаток. Особенно это проявляется на суперфосфатных заводах, перерабатывающих сырье, содержащее небольшие примеси фтора. В результате образования фтористого водорода при обработке сырья серной кислотой, в процессе дыхания во рту рабочих образуется фтористоводородная кислота, которая разрушает зубы.

У химиков других стран фтор называют «флюор», (от латинского слова «флюо» — течь). Дело в том, что фтор содержится в минерале, который со времен средневековой металлургии применялся в качестве плавня (флюса), облегчающего сплавление пустой породы и текучесть образующегося шлака.

Процентное содержание фтора в земной коре, конечно в виде соединений, почти такое же, как азота, хрома, серы. Промышленное значение имеют только два минерала, содержащие фтор, — это плавиковый шпат и криолит. Криолит (от греческих слов: «криос» — холод и «литос» — камень) — холодный или ледяной камень — встречается в земной коре очень редко. Главное месторождение криолита находится в Гренландии. Как ни далека Гренландия, тем не менее всем государствам приходится посылать туда пароходы за криолитом. Без криолита нельзя выплавлять алюминий. А без алюминия невозможно в настоящее время развитие промышленности. Кроме алюминиевой промышленности, фтористые соединения требуются при выплавке металлического магния и бериллия.

Наше государство, не желая быть в зависимости от иностранных капиталистов, уже много лет готовит криолит химическим путем. «Искусственный» криолит не только не уступает естественному, но по ряду свойств превосходит его.

В чудесной книге академика Александра Евгеньевича Ферсмана в заключении раздела «Фтор — всесъедающий» сказано следующее: «Фтор, еще очень мало изученный химический элемент природы со своеобразными свойствами его сложных соединений, и трудно нам сейчас предугадать, как широко его будут применять в народном хозяйстве и какова его судьба в технике будущего».

За последние годы с помощью фтора получен ряд новых веществ с очень ценными свойствами: нестареющие смазочные материалы, активные инсектофунгисиды[12], светоустойчивые красители, эффективные катализаторы, незаменимые диэлектрики — вот начало длинного списка технических товаров, спрос на которые растет с каждым днем. Бытовой прибор — домашний холодильник имеет в качестве рабочей жидкости, охлаждающей внутренний объем, фтористое соединение. Это химическое вещество дифтордихлорметан в холодильной технике именуют «фреоном». Испаряясь в специальных трубках, расположенных в верхней части холодильного шкафа, фреон отнимает тепло из окружающего пространства.

Не менее ценными свойствами обладают новые пластмассы, в состав которых входит фтор. Некоторые из них выдерживают нагревание до 500 °C без потери свойств. Эти материалы идут на изоляцию проводов в электромоторах, работающих при высоких температурах.

Соединения, объединяемые общим названием фтороуглероды, вошли в словарь в конце пятого десятилетия нашего века. Этих веществ нет в природе. В полном смысле слова эти вещества — детище химии. Фтороуглероды не горят, не подвергаются коррозии, не гниют и не распадаются, не смачиваются маслами и водой. На них не действует азотная кислота и «царская водка». К ним даже не пристает … хлебное тесто. Формы для хлеба и макарон можно не смазывать жиром, а покрывать пленкой фтороуглерода. Одни из этих соединений — жидкости, другие — твердые вещества. Тефлоны или фторопласты с полным правом называют «органической платиной» за стойкость. Попробуем перечислить области применения фтороуглеродов: охлаждающие жидкости моторов, пропитка тканей, «вечные» смазочные масла, которые не нужно менять, фторкаучуки бессрочной службы, электрическая изоляция, добавки к ваннам для электролиза…

Рождена новая наука — химия фтороуглеродов, породившая и защиту от всеразрушающего фтора, материалы, содержащие тоже фтор — фторопласты.

Автор научно-фантастической повести «За великую трассу» Н. Гомолко приписал своим героям удивительную «прозорливость»: «применим фтор, сенатор, — говорит один из них, — еще никто не смог его использовать; он ядовит и вступает в реакцию почти со всеми известными элементами. А мы его усмирим, заставим работать на нас». Действительно, фтор очень ядовит, но возможность применения фтора и некоторых его соединений в качестве окислителей давно обсуждалась людьми, далекими от фантазии о будущем. Фирма «Норт Амэрикен» разработала проект ЖРД (жидкостный реактивный двигатель) на жидком водороде и жидком фторе. Жидкий фтор обеспечивает воспламенение почти любого материала, в том числе порошков металлов, а трифторид хлора воспламеняет стеклянную вату, известную своей огнестойкостью. Вода при смешении с трифторидом хлора взрывается. В отличие от фтора, сжижающегося лишь при температуре минус 188 °C, трифторид хлора представляет собой жидкость с температурой кипения +11 °C.

Но как окислитель в ракетных системах фтор обнаруживает и много недостатков: требует сверхстойких материалов, ибо создает очень высокие температуры горения, а продукты горения — ядовиты.

Водный раствор соединения фтора с водородом — фтористоводородная (плавиковая) кислота способна растворять большинство металлов и даже стекло. Такую кислоту можно хранить только в сосудах, покрытых изнутри парафином. В настоящее время на смену парафину пришли полимерные материалы. Плавиковую кислоту стали хранить и перевозить в таре из полиэтилена. Способность плавиковой кислоты растворять стекло используется для практических целей. С помощью плавиковой кислоты вытравливают на стекле надписи, рисунки.

Главным материалом, из которого получают фтор, а затем и его соединения, является плавиковый шпат. Большие количества плавикового шпата находятся в США, а также в СССР.

В свободном состоянии фтор был получен 26 июня 1886 г. французским химиком Муассаном. Это зеленовато-желтый газ, немного тяжелее воздуха, с характерным запахом и необыкновенной химической активностью. За исключением инертных газов, фтор образует соединения со всеми другими элементами. Даже платина, нагретая до 500 °C, сгорает во фторе. С водородом фтор реагирует со взрывом при температуре … –252 °C. Горячая вода в направленной на ее поверхность струе фтора загорается и сгорает бледно-фиолетовым пламенем с образованием фтористого водорода и … кислорода! Это, пожалуй, единственный случай, когда кислород является не причиной, а следствием горения.

Новый среди старых

10. Неон — Neon (Ne)

О том, что азот, кислород и углекислота входят в состав воздуха, известно уже давно. Во всяком случае, ко времени изобретения машины, превращающей воздух в жидкость (1897 г.), об основных газах воздуха — азоте, кислороде и углекислоте — были собраны почти исчерпывающие сведения. Эти газы были старыми знакомыми и для физиков, и для химиков.

Однако в 1898 г. Рамзай при исследовании с помощью спектроскопа первых порций газа, испаряющихся из жидкого воздуха, обнаружил в них новый газ. От греческого слова новый — «неос» — произошло название этого газа — неон.

В одном кубическом метре воздуха содержится 18 куб. см неона. Неон, подобно азоту и кислороду, входящим в состав воздуха, не имеет цвета, запаха и вкуса. Однако, в отличие от них, неон — абсолютно инертный газ. В жидком виде неон, после гелия и водорода, является наиболее низкокипящей (–246 °C) и трудно замерзающей (–249 °C) жидкостью.

Способность неона, заключенного в стеклянной трубке, светиться оранжево-красным светом при пропускании через него электрического тока используется в электротехнике. Причудливые гирлянды световых реклам и надписи, светящиеся красным светом в витринах магазинов, на вывесках театров и кино, на шпилях высотных зданий, над вестибюлями московского метро, — все это стеклянные трубки с неоном, через который пропущен электрический ток.

Неоновый свет обладает замечательными свойствами: он далеко различим даже в тумане. Поэтому мощные неоновые электролампы особенно широко применяются на маяках и различного рода сигнальных установках. В ненастные ночи, когда не видно ни звезд, ни луны, когда густой туман поглощает свет обычных электроламп, неоновые трубки ярко светятся во тьме, указывая путь морским и воздушным кораблям.

Плавящийся… в воде

11. Натрий — Natrium (Na)

Английский торговец старинными вещами Бэйкер, считавший себя любителем естественных наук, умирая завещал Королевскому научному обществу (английская Академия наук) свое состояние. В завещании Бэйкера было записано следующее условие: проценты с денежной суммы, хранящейся в банке, ежегодно выплачивать тому, кто прочитает в Королевское обществе доклад о каком-либо выдающемся открытии. Подобного рода доклады о выдающихся открытиях в области науки стали называться докладами имени Бэйкера. Чтение Бэйкеровского доклада ученые считают для себя за честь, но, конечно, не потому, что чтецу выплачивают проценты с завещанной суммы. Нет. Дело не в этом. В условии завещания сказано: «доклад о выдающемся открытии» — вот что ценит ученый, чтец Бэйкеровского доклада, — признание значимости его открытия. Бэйкеровские лекции читаются в Англии и ныне.

19 ноября 1807 г. в Лондоне Гэмфри Дэви выступил с докладом и сообщил о вещах, невероятных для того времени. Опытным путем он провел разложение «нелетучих щелочей» (продуктов взаимодействия углекислых солей натрия и калия с гашеной известью), приведшее «к выделению новых и необычайных тел, лежащих в основе этих нелетучих щелочей». Было установлено, что «нелетучие щелочи» представляют собой не простые вещества, как долгое время считали раньше, а сложные соединения. Под действием электрического тока эти соединения разлагаются с выделением разных, но очень похожих по химическим свойствам элементов. Один из них Дэви назвал «потассием», произведя это название от созвучного английского слова, означающего поташ. Другой Дэви назвал «содием» от латинского слова «сода».

В 1810 г. Гильберт вместо названия «потассий» ввел название «калий» (от арабского слова «алкали» — щелочь). Шведский химик Я. Берцелиус в 1811 г. заменил «содий» названием «натрий», произведя его от арабского слова «натрон» — сода. Русский химик Г. И. Гесс ввел в 1831 г. эти названия в русскую химическую литературу.

Между прочим, названия «потассий» и «содий» сохранились в некоторых странах (Англия, США, Италия и др.) до настоящего времени.

Дэви показал слушателям открытые им металлы и продемонстрировал их химические свойства. В склянке под слоем керосина они сверкали нежным серебристым блеском, но стоило бросить их в воду, они, к большому удивлению присутствующих, не тонули в ней, а плавая, начинали быстро двигаться, «бегать» по ее поверхности, расплавляясь в блестящие капельки. Одни из них даже загорались. Вода, где происходили эти явления, превращалась в раствор, обладающий всеми свойствами крепкой щелочи. Металл, загорающийся от воды! Это было невероятно. И недаром один из присутствующих на лекции Дэви слушателей, пораженный всем виденным, сказал: «Ведь этак, пожалуй, завтра начнут чуть ли не из нюхательного табака добывать электричеством золото, алмазы или еще черт знает что!».

Натрий — исключительно активный металл. Вот почему, являясь одним из распространенных элементов и составляя 2 % в общем числе атомов земной коры, он не встречается в свободном состоянии. Соединения же его весьма разнообразны, и некоторые из них широко распространены. К их числу относится знакомая всем поваренная соль. Соль состоит из натрия и хлора. Натрий, как уже указывалось, один из активных металлов, хлор является одним из активных неметаллов. В свободном состоянии оба эти элемента обладают губительным действием на организм животных и человека. Однако в соединении они дают соль, без которой невозможна жизнь человека и животных. Соль необходима организму для обеспечения важнейших физиологических процессов. Этим объясняется естественная потребность человека и животных в соли. В крови соль создает необходимые условия для существования красных кровяных телец, в мышцах сохраняет способность к возбудимости, в сердце определяет его ритм, в желудке образует соляную кислоту, без которой невозможно переваривание и усвоение пищи. Таково значение для организма поваренной соли. Необходимость соли для жизни была известна со времен глубочайшей древности. И не случайно значение соли нашло свое отражение в многочисленных народных пословицах, поговорках и обычаях. «Хлеб да соль» — вот одно из пожеланий, которым русские люди с давних пор приветствовали друг друга во время приема пищи, подчеркивая равноценное с хлебом значение соли. Хлеб и соль стали символом гостеприимства и радушия. Хлебом и солью русские люди издавна встречали своих дорогих гостей, любимых героев, вождей и полководцев, борцов за свободу и счастье.

В год каждый человек с пищей потребляет от 8 до 10 кг соли. Недаром говорят: «Чтобы узнать человека, надо с ним пуд соли съесть». Оказывается это не так уж много и по весу и по времени: за год вдвоем и будет съеден пуд (16 кг) соли.

Наибольшее количество натрия связано в соединении с хлором. Соль, или, как ее называют химики, хлористый натрий, образует мощные отложения. В Соль-Илецке, например, толщина пласта соли превышает полтора километра. Соли, находящейся в озере Баскунчак в Астраханской области, хватит нашей стране на 400 лет. Огромные количества соли содержат в себе воды морей и океанов. Солью, извлеченной из морских вод, можно было бы засыпать всю сушу земного шара слоем в … 130 м. Так велико количество соли!

В заключение еще несколько слов о самом натрии. Мы привыкли к тому, что металлы плавятся при высоких температурах. Попробуйте-ка, например расплавить булавку или иголку! А вот металл натрий имеет температуру плавления всего только около 98 °C. Если бы натрий не был таким активным, его можно было бы плавить в кипящей воде.

Натрий находит применение в авиамоторах для отвода тепла от клапанов. В качестве теплоносителя металлический натрий используется в некоторых атомных реакторах. В производстве искусственного каучука натрий играет роль волшебного ускорителя реакции, соединяющего молекулы бутадиена в продукт, не уступающий по свойствам лучшим сортам естественного каучука. Натрий применяется в специальных газосветных лампах. Натриевая лампа наполнена неоном и содержит небольшое количество металлического натрия. При включении лампы разряд начинается в неоне. Тепло, выделяющееся при разряде, испаряет натрий, и, спустя некоторое время, красный свет неона сменяется желтым — натрия. Натриевые лампы являются мощными источниками света с высоким коэффициентом полезного действия (в лабораторных условиях до 70 %). Высокая экономичность натриевых ламп дала возможность использовать их для освещения автострад, вокзалов, пристаней и т. д.

С помощью натрия на расстоянии 113 тыс. км от Земли была создана искусственная комета выбрасыванием в мировое пространство натриевых паров с борта космической ракеты, впервые в истории человечества созданной руками советских людей и запущенной в просторы вселенной 2 января 1959 г. Вторая искусственная комета была создана во время полета второй космической ракеты на Луну. Выброшенное из ракеты натриевое облако достигло 600 км в диаметре за 4 мин. Свечение искусственной кометы можно было наблюдать через специальные фильтры. Оно позволило уточнить координаты ракеты и определить возможность расхождения расчетных данных с действительной траекторией.

Сгорающий в пламени спички

12. Магний — Magnesium (Mg)

В 1695 г. один из химиков, стремясь получить «философский камень», выпаривал воду, вытекавшую из недр земли близ города Эпсом (Англия). Он получил соль, обладающую… горьким вкусом и слабительным действием. Спустя пять лет было обнаружено, что соль Эпсома, взаимодействуя с «постоянной щелочью» (так почти до конца XVIII в. называли соду и поташ), образует рыхлый белый легкий порошок. За внешнее сходство с другим таким же легким и рыхлым порошком, который получался при прокаливании каменистой горной породы, находящейся близ греческого города Магнезии (в Восточной Фессалии), полученный порошок стали называть белой магнезией.

Есть основания полагать, что название могло произойти и от двух других городов древней Греции с теми же самыми «именами». Один из них — Магнезия в Лидии у подножья горы Сипеле. Другая Магнезия — в Ионии, известная как подарок персидского царя Артаксеркса афинскому государственному деятелю Фемистоклу. В окрестностях этих городов тоже встречалась порода, дававшая при обжиге белый порошок, получивший название магнезии.

В 1808 г. после того, как Дэви выделил металл, способный образовывать белую магнезию, этому металлу было присвоено «имя» магний.

Магний широко распространен в природе в виде разнообразных соединений, образующих минералы: магнезит, доломит, силикаты — оливин, авгит, асбест, тальк, морская пенка и др.

Магнезит образует мощные скопления, из доломита состоят целые горные хребты. Не меньшие количества соединений магния находятся в воде морей и океанов, где в пересчете на чистый магний его содержится не менее 60 000 000 000 000 000 т. Являясь биоэлементом, магний входит в состав живого вещества. Если в животных организмах количество магния не превышает сотых долей процента, то в растениях его уже значительно больше. Магний — необходимая составная часть красящего вещества растений — хлорофилла, играющего важную роль в процессах усвоения углекислоты.

Хлорофилл — одно из замечательных веществ в природе. Он поглощает солнечные лучи, за счет энергии которых в листе осуществляются сложные химические превращения. В результате этих превращений из углекислого газа (продукта дыхания человека, животных и растений, отброса фабрик и заводов) и воды в зеленых частях растений создаются сложные органические вещества (сахар, крахмал и др.). Эти вещества необходимы для питания человека и животных. Данное превращение есть единственный на нашей планете естественный процесс образования органических веществ. Вот что писал по этому поводу великий русский ученый К. А. Тимирязев: «Все органические вещества, как бы они ни были разнообразны, где бы они ни встречались — в растении ли, в животном или человеке, прошли через лист… вне листа… в природе не существует лаборатории, где бы выделывалось органическое вещество. Без усвоения растениями углерода на земле не было бы жизни в том виде, в каком она есть сейчас». В этом заключается мировая, или, как говорил К. А. Тимирязев, космическая, роль растений.

Процесс образования, или синтез органических веществ в листьях, называется фотосинтезом (от греческого слова «фотос» — свет). Фотосинтез сопровождается выделением из листьев кислорода и поглощением солнечных лучей, энергия которых закрепляется в виде скрытой энергии органических веществ в растении. Таким образом, с помощью хлорофилла растения осуществляют санитарную роль на Земле: очищают ее от углекислоты, жизнь в которой невозможна для животных и людей, и аккумулируют солнечное тепло. Просто схватить и спрятать луч Солнца невозможно, но с помощью растения, с помощью его зеленой ветки, зеленого листа можно не только извлечь углерод из воздуха, но и вместе с ним положить в запас и поглощенный хлорофиллом луч Солнца. В состав хлорофилла входит до 2 % магния. Без магния нет хлорофилла, а без него не могла бы быть на Земле и жизнь. Такова роль магния.

Что же представляет собой магний? Магний — металл, серебристо-белого цвета, очень легкий (плотность 1,7), устойчивый на воздухе, так как быстро покрывается тонким слоем окиси, защищающим металл от дальнейшего окисления. Если магний поместить в пламя спички, он загорается и сгорает ярким пламенем с образованием густого белого дыма (окиси магния). При этом выделяется большое количество ультрафиолетовых лучей и тепла. Теплом, выделяющимся при сгорании одного грамма магния, можно нагреть 100 г (полстакана) ледяной воды до 50 °C.

Магний в минувшей войне использовался германской армией для изготовления зажигательных бомб и осветительных ракет. В фотографии при недостатке естественного освещения также используется магниевая вспышка.

Способность магния давать прочные и легкие сплавы используется в металлургии. Из технических сплавов нашли широкое применение в машиностроении сплавы магналий и «электрон». Магналий — сплав 5–30 % магния с алюминием. Этот сплав тверже алюминия, но легче обрабатывается и полируется. Под названием «электрон» понимают ряд сплавов магния с алюминием (до 10,6 %), цинком (до 4,5 %) и марганцем (до 1,7 %). Иногда в состав этих сплавов вводят медь, бериллий, титан и др.; обладая прекрасными техническими свойствами, «электрон» лишь немногим тяжелее (1,8) чистого магния.

Металл социализма

13. Алюминий — Aluminium (Al)

В 1827 г. выдающийся немецкий химик, врач по образованию Фридрих Велер получил никогда и никем не виданный металл. Несколько раньше этот же металл был получен Эрстедом. Вначале Велером металл был выделен из химического соединения в виде серого порошка, приобретавшего при растирании металлический блеск. Попытки получить металл в виде слитка или хотя бы крупных зерен оставались безрезультатными. Потребовалось 18 лет упорных исканий! В 1845 г. они увенчались успехом. Велер получил новый металл в виде зерен величиной с булавочную головку. Внешне он был похож на серебро, но в отличие от него был необычайно легок — в 4 раза легче серебра, в 3,5 раза легче меди и почти в 3 раза легче железа.

Так как исходным веществом для получения нового металла явились давно известные квасцы (по-латыни — «алюмен»), то и металл стали называть алюминием. Огромные трудности получения алюминия привели к тому, что этот легкий, серебристый и красивый металл на первых порах ценился дороже золота. Первоначально килограмм алюминия стоил 1280 рублей, т. е. на 80 рублей дороже равного веса золота. Алюминий стал применяться для ювелирных изделий, заняв место среди драгоценных металлов.

На алюминий обратил свое внимание … император Наполеон III. Ничтожный и властолюбивый человек, «маленький племянник великого дяди», как называли его тогда[13], мечтал снабдить своих солдат необходимыми металлическими вещами, сделанными из алюминия. По предписанию Наполеона III известному французскому химику Сен-Клер-Девиллю были предоставлены почти неограниченные средства для отыскания способа получения алюминия в большом количестве. Сен-Клер-Девилль разработал новый, но весьма дорогой способ получения алюминия. Наполеону III пришлось ограничить свое желание изготовлением алюминиевых кирас только для небольшой группы кирасиров, составляющих личную охрану императора.

Хотя с течением времени способы получения алюминия совершенствовались, стоимость его все же была высокой. Он только в 2,5 раза был дешевле золота и по-прежнему играл роль ювелирного металла. В 1889 г. во время пребывания в Лондоне великого русского химика Д. И. Менделеева, ему, в знак признания заслуг в развитии химии, были преподнесены, в качестве особо ценного подарка, весы, сделанные из золота и алюминия.

И лишь через 30 лет после открытия алюминия два молодых человека, американский студент Чарльз Мартин Холл и французский инженер Эру, независимо друг от друга открыли один и тот же способ получения алюминия.

Новый способ заключался в разложении электрическим током окиси алюминия, предварительно расплавленной в криолите. Окись алюминия, или глинозем, входит в состав многих минералов и продуктов их разрушения. Из них наиболее распространенными являются полевые шпаты (альбит, анортит, бокситы, ортоклаз и др.), различные виды глин, чистейшая из которых — каолин. Криолит — сравнительно редкий минерал, состоит из фтористого алюминия и фтористого натрия.

Так как электролитический способ получения алюминия требовал большого количества энергии (на 1 т алюминия — 20 000 квтч), он мог найти распространение в местах, где находились дешевые источники электрического тока. Таким источником являлась энергия воды горных рек. Вот почему в Европе первый завод электролитического алюминия был построен близ Рейнского водопада в Нейгаузене (Швейцария).

С этого момента слава алюминия как драгоценного металла меркнет. Он перестает быть предметом внимания капризной моды. И благодаря ценным свойствам — легкости, хорошей ковкости, способности прокатываться в листы, вытягиваться в проволоку, хорошо заполнять форму при отливке, стойкости к воздуху, воде и разбавленным органическим кислотам (уксусной, лимонной и др.) — начинает применяться в технике.

Царская Россия не имела заводов по производству алюминия, не были известны в ней и запасы сырья, годного для его получения. Алюминиевая промышленность в нашей стране была создана при Советской власти. Первенцем алюминиевой промышленности явился Волховский комбинат, давший 14 мая 1932 г. первые слитки советского алюминия. Вторым алюминиевым комбинатом был Днепровский (при Днепрогэсе), выдавший первую плавку алюминия 15 июля 1933 г. Производство алюминия на первенцах советской алюминиевой промышленности осуществлялось совершенными способами, разработанными на основе электролитической теории выделения алюминия, созданной выдающимся химиком-технологом П. П. Федотьевым (1864–1934 г.).

Неисчерпаемые запасы энергии воды многочисленных рек Советского Союза превращаются в электрический ток уже построенных электростанций. Богатейшие запасы природных минералов алюминия открывают безграничные возможности для получения чистого глинозема из глины, нефелина, низкокачественных бокситов (глинозем, загрязненный большим количеством песка и окислов железа), золы подмосковных углей.

Алюминий конкурирует с медью в электротехнической промышленности, а поршни автомобиля «Москвич» изготавливают из сплава алюминия с кремнием (13 %). Алюминий, который совсем недавно считался драгоценным металлом, используется для придания жаропрочности и коррозионной устойчивости поверхностям чугунных отливок, для изготовления цистерн, в которых перевозят и хранят концентрированную перекись водорода.

Новая техника открыла алюминию новые пути; запущенный после многих неудач 12 августа 1960 г. американский спутник «Эхо-1» для отражения радиосигналов представлял собой огромный шар диаметром около 30 м, изготовленный из пластика. Поэтому вес спутника составлял всего 62 кг. Отражение осуществлял тонкий слой алюминия на поверхности пленки. Уже построен во франции огромный корабль, водоизмещением свыше 50 тыс. т, длиной 315 м, рассчитанный на две тысячи пассажиров. Корпус, шлюпки, трубы и даже мебель изготовлены из алюминия. Из алюминия, покрытого эпоксидной смолой, уже строят мосты и корабли, делают консервную тару.

При 100–150 °C алюминий настолько пластичен, что из него может быть получена фольга тоньше 0,01 мм. Подобная фольга широко применяется для изготовления электрических конденсаторов и упаковки некоторых продуктов.

В 1955 г. в Венгрии была выпущена первая в мире почтовая марка, отпечатанная на алюминии толщиной 0,009 мм. Такая же марка с надписью «Слава КПСС! Слава советскому народу!» наклеивалась на конверты в почтовом отделении Кремлевского дворца в дни работы XXII съезда КПСС.

Тончайший порошок алюминия применяется для составления горючих и взрывчатых смесей, для изготовления серебристой краски, состоящей из мельчайших чешуек алюминия, весьма устойчивой против атмосферных воздействий. Грубозернистый порошок алюминия используется в алюминотермии. Алюминотермией называется (открытый в 1859 г.) способ восстановления металлов из их окисей порошкообразным алюминием. Алюминотермию часто используют для получения высоких температур при сваривании металлических деталей. Исходная в этом случае смесь — «термит» — состоит из смеси порошков алюминия и окислов железа. Подожженная с помощью специального запала, она нагревается при горении до 3500°.

Термитный брикет весом всего в 50 г за несколько секунд проплавляет железный лист толщиной в 2 мм. Бетон и кирпич от термитного порошка, горящего с брызгами, но без пламени, растрескиваются.

…В декабре 1944 г. на окраине небольшого польского городка органами советской контрразведки была задержана подозрительная женщина, которая теряла у колонны автомашин с боеприпасами «автоматические ручки». При проверке было установлено, что это диверсионное зажигательное средство со сложным воспламенителем, а корпус изготовлен из электрона, сплава, имеющего в основе алюминий. Из этого сплава изготовлен и корпус зажигательных бомб. Алюминиевые соли органических кислот составляют основу «напалма», применяемого и ныне американскими империалистами в борьбе с народом Южного Вьетнама, португальскими колонизаторами в Анголе.

В состав известных всем точильных камней входит окись алюминия, или глинозем. Природный минерал, содержащий окись алюминия, называется корундом. Обычно загрязненный окисью железа природный корунд вследствие своей очень большой твердости применяется для изготовления шлифовальных кругов, брусков и т. п. В мелко раздробленном виде он под названием наждака служит для очистки металлических поверхностей и для изготовления наждачной бумаги. Для тех же целей часто пользуются окисью алюминия, полученной оплавлением боксита (техническое название — алунд).

Прозрачные кристаллы корунда, окрашенные соединениями хрома в красивый кроваво-красный цвет, представляют драгоценный камень — рубин. Кристаллы рубина в настоящее время, получают искусственным путем. Замечательные свойства кристаллов синтетического рубина, а именно способность испускать порции (кванты) света красного цвета при облучении их ксеноновой лампой, легли в основу устройства мощного оптического излучателя, очень часто называемого теперь лазером.

При соответствующем устройстве лазер испускает красный луч строго определенной частоты, в миллион раз превышающей яркость такой же площади поверхности солнца и обладающий огромным световым давлением (миллионы атмосфер).

Оптические генераторы с тончайшим пучком электромагнитного излучения, «игольчатым лучом», воплощают в известной мере в жизнь фантастическое изобретение инженера Гарина из романа Алексея Толстого «Гиперболоид инженера Гарина». Основное применение лазеров — принципиально новое, многообещающее средство связи.

Игольчатые пучки световых волн сулят заманчивые перспективы. В недалеком будущем с их помощью, очевидно, будут ускорять заряженные частицы, бурить самые твердые горные породы, уничтожать вирусы, сваривать точечные поверхности, передвигать с одной орбиты на другую искусственные спутники земли.

Не случайно, выступая с трибуны XXII съезда КПСС, президент Академии наук СССР академик М. В. Келдыш особенно подчеркнул многообещающее развитие квантовой электроники, или, как ее иногда называют, атомной радиотехники, примером практического достижения которой является рубиновый лазер.

4 октября 1957 г. ознаменовалось в истории человечества величайшим событием. Гением советского народа был осуществлен запуск на орбиту первого искусственного спутника Земли. Произошло событие, равное которому трудно подыскать во всей многовековой истории культуры. Только, пожалуй, открытие способа получения огня можно по его значимости сопоставить с достижением, осуществленным человеком 4 октября 1957 г.

Это достижение в известной мере стало возможным благодаря успехам в области изготовления алюминиевых сплавов. Именно из этих, очень прочных и легких сплавов были построены корпуса советских спутников и оболочки контейнеров, в которых размещалась аппаратура.

Специальный флуоресцирующий экран, установленный на третьем спутнике для исследования выбрасываемых Солнцем заряженных частиц, был тончайшей фольгой из чистейшего алюминия. Из алюминиевых сплавов изготовлялись различные крепления, кронштейны, шасси для инструментов и приборов, футляры и корпуса ответственной аппаратуры и даже цепочки для фиксации собак! Значительные достижения современной техники и науки не мыслятся без применения алюминиевых сплавов.

На глазах современников уходит век железа, его заменяет век алюминия. Оправдывается гениальное предвидение Н. Г. Чернышевского, который назвал алюминий «металлом социализма». В романе «Что делать?», описывая громадные дома с массой света и воздуха, один из персонажей романа сообщает: «…они потому из алюминия… что здесь ведь очень тепло, белое меньше нагревается на солнце». Напомним читателю о том, что роман был написан в тюрьме (14 декабря 1862 г. — 4 апреля 1863 г.) и сразу же опубликован. В то время алюминий считали драгоценным металлом!

Основа неживой природы

14. Кремний — Silicium (Si)