Юрий Фиалков - Девятый знак
Да, на долю бериллия в земной коре приходится лишь несколько десятитысячных долей процента. Но эти десятитысячные стоят того, чтобы за ними поохотиться.
Удельный вес бериллия несколько выше, чем у его соседа по Периодической системе — лития. Но все же он значительно меньше, чем у многих остальных металлов. Если же принимать во внимание только те металлы, которые в свободном состоянии устойчивы к действию воздуха, то бериллий занимает в этом списке место № 1. Хотя прочность бериллия меньше, чем стали, но разница в удельных весах между ними столь велика, что конструкция из бериллия будет во много раз прочнее, чем такого же веса сооружение из стали.
Известно, что самой большой заботой всех авиаконструкторов является снижение веса деталей самолета. Иногда они сидят месяцами и мучительно решают задачу, каким образом снизить вес машины хотя бы на несколько килограммов. Приходится накапливать эти килограммы буквально по граммам: в одном месте убирают винтик, в другом иначе планируют соединение, в третьем заменяют ручки из металла на пластмассовые.
Применение бериллия в самом ближайшем будущем освободит конструкторов от этих тягостных поисков. Уже достаточно подробно исследованы сплавы бериллия с магнием и алюминием, и можно уверенно сказать, что эти сплавы свершат в самолетостроении такой же переворот, какой произвело применение алюминия. Несложные расчеты показывают, что дальность полета самолета, сконструированного на основе бериллиевых сплавов, больше дальности полета машины, изготовленной на основе алюминия.
Уже это одно свойство бериллия ярко показывает, что редкими элементами следует заниматься с большей настойчивостью, так как сулят они фантастически много. А то, что их мало по сравнению с элементами-гигантами, не помеха. Ведь на то и существует химия.
И химики оправдали надежды, возложенные на них. В настоящее время разработано несколько вариантов получения недорогого бериллия даже из самого бедного сырья.
Впрочем, поиски новых методов получения бериллия и изыскание источников сырья ведутся все нарастающими темпами. Дело в том, что этот металл завоевывает все большее число отраслей техники и промышленности.
Вот новое слово, которого не было в химическом и техническом словаре десяток лет назад: бериллизация. А скоро это слово станет таким же обычным, как «прокатка», «закалка» или им подобные. При бериллизации стальную деталь, нагретую до высокой температуры, помещают в порошок бериллия. Бериллий при этом в очень незначительном количестве проникает в поверхностный слой металла, и изделие оказывается окруженным как бы броней из бериллиевого сплава. Да, именно броней, я не оговорился. Потому что обработанная таким образом деталь резко увеличивает свою прочность и твердость.
Бериллизованные изделия работают во много раз дольше, чем обычные, стальные. Самое интересное, что бериллия на эту операцию идет ничтожно мало. При правильной работе можно бериллизовать одним килограммом его сотни, а иногда и тысячи самых различных деталей.
Буквально каждый месяц приносит новые сведения о замечательных свойствах бериллиевых сплавов. Оказывается, достаточно добавить к меди всего два процента бериллия — и образующийся сплав становится тверже нержавеющей стали. Добавка бериллия придает сплавам еще одно важное свойство — сопротивление к «усталости». Оказывается, металлические изделия тоже могут уставать. Самая лучшая стальная пружина, например, не может выдержать больше миллиона сжатий. Пружины из бериллиевой бронзы — сплава бериллия с медью — способны выдержать в 25 раз сжатий больше.
Известно, что медь обладает очень хорошей электропроводностью. Однако добавка к меди небольшого количества бериллия значительно улучшает способность меди проводить ток. Излишне говорить, как ценно это свойство бериллия для промышленности. Ведь чем лучше проводимость, тем меньше потери тока.
Незаменимым сейчас стал бериллий в рентгеноскопии для производства рентгеновских трубок. Бериллий для рентгеновских лучей все равно что самое прозрачное стекло для света. Почти все металлы задерживают рентгеновское излучение, бериллий же «прозрачен» для этих лучей.
Можно было бы еще очень много рассказывать о бериллии, металле, который сейчас переживает свое второе рождение, рождение для славных дел.
Пятнадцать близнецов
Если подробно описать историю открытия пятнадцати элементов, помещающихся в одной клетке Периодической системы Д. И. Менделеева, то получился бы рассказ не менее увлекательный и драматический, чем, скажем, «Одиссея», и, уж наверное, более объемистый. Потому что перипетии и приключения отважного и находчивого Одиссея — ничто в сравнении с тем, что пришлось пережить химикам, пока в Периодической системе между порядковыми номерами 57 и 71 воцарился относительный порядок.
Между этими номерами в Периодической системе находятся элементы, которые называются редкоземельными. Уже само название показывает, что эти элементы являются большой редкостью. Действительно, еще лет десять назад соединения редкоземельных металлов можно было увидеть разве только на демонстрационных опытах по неорганической химии. Да и то профессор, доставая из жилетного кармана запаянную пробирку с невзрачным порошком — соль какого-нибудь неодима или иттербия, — не отсылал ее по рядам, чтобы, упаси боже, не разбили, но зато пускался всякий раз в пространные воспоминания о том, как ему удалось заполучить этот образец.
Если попытаться даже очень кратко изложить историю открытия редкоземельных элементов, то получился бы научный трактат в сотню страниц. Десятки ученых в различных странах начиная с первых лет прошлого столетия бились над разгадкой проблемы редкоземельных элементов. Даже такой могучий ум, как Д. И. Менделеев, и тот в течение многих лет не знал, какие места в Периодической системе следует отвести этим металлам. Не одна гора бумаги была исписана, не одна теория была отвергнута, прежде чем стало очевидным, что пятнадцать химических элементов должны стоять в одной клетке.
Действительно, редкоземельные элементы походят друг на друга больше, чем иные близнецы. Эти близнецы неразлучны не только в Периодической системе, но и в природе. Никогда их нельзя встретить отдельно друг от друга. Но «воспитателей» близнецов-элементов — химиков — эта трогательная дружба почему-то не умиляла. Напротив, она доставила им немало горестных минут. Дело в том, что поразительное сходство химических свойств редкоземельных элементов чрезвычайно затрудняет процессы их разделения. До того как был найден способ экспериментального определения порядкового номера того или иного элемента, химики никогда не были уверены, не является ли данный редкоземельный элемент в действительности смесью нескольких элементов.
В самом деле, если посмотреть на таблицу открытия редкоземельных элементов, то возникает картина точно такая, как при делении бактерий. Вначале было известно только два элемента: иттрий и церий. Потом выяснилось, что церий содержит еще один элемент, названный лантаном. Лантан недолго оставался одиночкой. Кропотливые исследования показали, что элемент, который раньше принимали за чистый лантан, на самом деле является смесью лантана и дидима. Но напрасно мы стали бы сейчас искать в Периодической системе элемент дидим. По прошествии нескольких лет выяснилось, что дидим, в свою очередь, состоит из двух элементов: собственно дидима и самария. Однако «собственно дидим» оказался вовсе не «собственным», так как дотошные химики доказали, что он является смесью двух элементов, названных празеодимом и неодимом. Самарий тоже не остался в долгу и «отпочковал» от себя элемент гадолиний и европий.
Точно такая же картина наблюдалась и с иттрием, который последовательно «породил» элементы эрбий, тербий, гольмий, тулий, диспрозий и лютеций.
В главе «Алхимия XX века» было рассказано о том, сколько неприятностей доставил исследователям последний (не по порядку, а по времени открытия) из редкоземельных элементов — прометий.
Сейчас нам отлично известна причина удивительного сходства элементов с порядковыми номерами 57–71. Так же как и в описанном в главе об искусственных элементах семействе актиноидов, у редкоземельных элементов внешняя электронная оболочка построена одинаково.
Благодаря трудностям разделения лантаноидов свойства отдельных металлов до самого последнего времени были изучены очень плохо. Химия этих элементов представляла собой, образно говоря, целину. Но стоило по этой целине провести первые борозды научных исследований, как показались дружные всходы.
Начнем с того, что само название «редкоземельные» с каждым годом становится все более неправильным. Оказалось, что этих элементов в земной коре содержится гораздо больше, чем предполагали прежде. Хотя относительное содержание лантаноидов очень невелико — всего шестнадцать тысячных процента, — но тем не менее это значительно выше содержания многих элементов Периодической системы. Во всяком случае, химикам, для которых в настоящее время работа с шестым и седьмым десятичными знаками является столь же обычным делом, как поездка в трамвае, выделение и получение чистых соединений элементов-близнецов не представляется таким уж сложным. Однако, разумеется, без методов микрохимии здесь в большинстве случаев не обойтись. Химия редкоземельных элементов — еще один и притом очень яркий пример того, как умение отыскивать вещества, которые прячутся в далеких от запятой десятичных знаках, дало технике новые прекрасные материалы. Впрочем, и сейчас некоторые из лантаноидов являются очень дефицитными. Стоимость, например, лютеция превышает цену золота в двести раз, а элемент тулий расценивается в 350 раз дороже золота. Но это не из-за редкостности этих элементов, а скорее, из-за трудностей разделения.
