Михаил Васильев - Металлы и человек
Рационализаторы завода тщательно изучили работу циклонов. Удалось выяснить, что качество их работы снижается из-за твердого осадка на завихрителях. Тщательное изучение показало, что осадок этот возникает не во время нормальной работы печи, а в моменты пуска ее.
Тогда инженеры разработали новую технологию пуска печи, при которой на завихрителях циклонов осадка не возникает, и сэкономили государству на этом сотни тысяч рублей…
Мы проходим по разным участкам завода и везде сталкиваемся с плодами мудрой рационализаторской мысли. Вот стоит неказистый на вид пресс для правки лодочек, в которых дожигают ту самую смесь пыли и мельчайших капелек ртути, которую получают под конденсатором. Вот устройство для закупорки сосудов с ртутью высших марок, также созданное на заводе. В цехе упаковки готовой продукции стоит приспособление для развешивания металла высших марок — также воплощение идеи заводского рационализатора.
Нет тяжелее жидкости на свете.
Мы в крохотном домике, где производится окончательная очистка ртути промыванием щелочами, азотной кислотой и где ее упаковывают для отправки с завода. Рафинированную, высшего качества разливают в фарфоровые стаканы — по 5 кг в каждом. А небольшие стальные баллоны, в которых отправляют с завода обычную ртуть, уже не каждый поднимет: в них по 35 кг драгоценного металла.
В большой железный бак, стоящий здесь, стекает ртуть со всего завода. Инженер бросает в нее гирю, и гиря плавает в жидком металле, как пробка в стакане воды. Может быть, это против правил, но я опускаю руку в сверкающее жидкое серебро. Какая она неподатливая и упругая, эта ртуть, как она упрямо выталкивает руку — драгоценная кровь гор, добытая смелыми и умными людьми, не потерянными и заброшенными в медвежьем углу, а живущими одной жизнью, одним биением сердца со всей страной…
Снова петляет машина по горной дороге… Сколько металлургических заводов в моей стране — не только всемирно известных гигантов, но и скромных предприятий, вроде этого, приютившегося среди гор! Разные металлы вырабатывают на них. И везде есть в технологическое процессе производства «белые пятна» — неиспользованные возможности, ибо каким бы высокосовершенным ни был технологический процесс, он всегда может быть еще усовершенствован.
И так же, как здесь, в Хайдаркане, в сердце Киргизских гор, пылает и на тех заводах творческая пытливая мысль, поднимая все выше техническое совершенство советской металлургии.
XI. У НИХ ВСЁ ВПЕРЕДИ
Ста лет не прошло со дня создания периодической системы элементов Д. И. Менделеевым. Совсем недавно заполнены ее последние клетки — искусственно создали люди те элементы, которых не смогла сохранить до наших дней природа. А уже подавляющее большинство этих элементов понадобилось сегодня человеку.
Чем глубже человек проникает в сокровенные тайны природы, чем лучше узнает свойства элементов, тем больше из них приглашает к себе на службу.
И нередко случается, что тот или иной элемент, в течение длительного времени считавшийся ни на что не пригодным, вдруг оказывается обладателем удивительных свойств, возникает огромная потребность в нем.
И тогда металлурги находят возможность удовлетворить эту потребность.
Так было о алюминием, считавшимся драгоценным еще в конце прошлого века. На него предъявила спрос авиация — и его производство в мире сегодня превосходит 3 млн. тонн.
Так было с вольфрамом — металлом сверхтвердых сплавов, электрических лампочек, качественных сталей.
Так было с цезием — металлом фотоэлементов.
Совсем недавно то же произошло, или, точнее, происходит, с титаном и германием.
Ну, а какой из еще не используемых металлов окажется завтра в центре внимания физиков, химиков, инженеров?
На это невозможно ответить. О металлах, не применяемых сегодня или мало применяемых, правильнее всего с убежденностью сказать: у них все впереди.
Познакомимся же с этими металлами, разбросанными по разным уголкам периодической системы элементов.
Клубок загадок
Есть в периодической системе элементов клетка, в которой проживает не один, а целых пятнадцать элементов. Их называют редкими землями. Они похожи друг на Друга, как братья-близнецы. Но ведь и близнецы обладают индивидуальными чертами и свойствами характера. Обладают ими и редкие земли. Но, к сожалению, о них очень мало еще знают физики и химики.
Редкие земли вовсе не так уж редки. Некоторые из этих пятнадцати элементов встречаются чаще кобальта, цинка, свинца — металлов, чрезвычайно широко применяющихся в технике. Запасы церия в земной коре превышают запасы кадмия, сурьмы, молибдена, золота; 0,017 процента по весу земной коры составляют редкие земли. Это совсем не так уж мало.
Не так уж мало и минералов, содержащих редкие земли. Они встречаются и в обеих Америках, и в Скандинавии, и в Финляндии, у нас на Кольском полуострове, на Урале и в других местах.
В чем дело? Почему так плохо изучены эти элементы?
Потому, что они перепутаны друг с другом в соединениях в один клубок, распутать который чрезвычайно трудно. Ведь элементы этой группы имеют одинаковые внешние электронные оболочки, которыми определяются химические свойства элемента. Отличаются они друг от друга строением ядер и внутренних электронных оболочек. Даже для того, чтобы просто разобрать этот клубок тайн, выяснить, какие входят в него элементы, понадобилось более ста пятидесяти лет усилий нескольких поколений химиков. А некоторые из этих элементов и сегодня ни один химик не держал на ладони — они еще не получены в чистом виде.
В 1794 году финский химик Ю. Гадолин впервые выделил химическое соединение, которое назвал иттриевой землей. Землей в те времена называли невосстанавливаемые существующими методами окислы металлов. Гадолин считал, что он и нашел окисел нового металла — иттрия.
Иттрий не является жителем клетки, в которой обитают наши пятнадцать элементов. Он живет на один этаж выше, над этой клеткой-общежитием. Но по химическим свойствам он схож с редкими землями, и в течение долгого времени его включали в их число.
В тесноте, да не в обиде.
Металлический иттрий получил в 1828 году немецкий химик Ф. Вёлер. Это был далеко не чистый металл. В нем в большом количестве содержались родственные металлы с нижнего этажа. Да и сегодня чистый иттрий по существу не получен. Даже удельного веса его как следует определить не удалось. Об остальных его свойствах и говорить нечего.
С иттрия и началась эпопея открытия редких земель. В 1843 году из иттриевой земли выделили две новые земли — эрбиеву и тербиеву. Еще через тридцать пять лет из эрбиевой земли выделили иттербиеву землю. Иттербиеву землю также удалось разложить, отделив скандиеву землю. А из эрбиевой земли еще позже выделили тулиеву землю.
Надо ли говорить, что все эти земли оказались окислами металлов из таинственного клубка все той же клетки-общежития периодической системы? Впоследствии из них получили металлы эрбий, тербий, иттербий, тулий. Скандий оказался жителем отдельной клетки, расположенной, так сказать, на два этажа выше клетки-общежития, непосредственно над клеткой иттрия.
Скандий, открытый в 1879 году шведским химиком Л. Нильсоном и названный им в честь своего полуострова, близок по свойствам редким землям. Он относится к числу очень рассеянных элементов, в чистом виде его удалось видеть очень немногим химикам. Удельный вес этого металла — около 3,1 г на куб. см, температура плавления — около 1300 градусов, кипения — 2400 градусов. Химически он менее активен, чем иттрий и редкие земли.
Может быть, этот металл и найдет еще себе широкое применение, если только его крайняя рассеянность не будет тормозить изучение его свойств и возможностей.
В иттриевой земле оказалось целых шесть элементов, причем два из них даже не из числа жителей клетки-общежития. Но потянув за «иттриевый кончик», только начали распутывать клубок тайн. Одновременно его распутывали и с другой стороны, тянули за другой «кончик» — цериевую землю.
Ее получил в 1803 году шведский химик Берцелиус. Оказалось, что и она — смесь целого ряда земель. Из них в конце концов выделили металлы церий, лантан, празеодим, неодим и самарий.
Так распутывался клубок тайн. Последний, пятнадцатый элемент в природе обнаружить не удалось. Его получили в 1947 году искусственно, методами современной «ядерной алхимии».
Название «редкие земли» имеет сейчас чисто историческое значение, звучит как напоминание о тяжелой истории разделения этих элементов. Химики предложили для них другое имя — «лантаноиды», по имени лантана, первого в ряду элементов, населяющих клетку.
