Михаил Васильев - Металлы и человек
Этот аппарат — небольшая машина, состоящая из нескольких десятков никелированных деталей.
Концы сшиваемого сосуда зажимаются в двух половинках этого аппарата, затем половинки соединяют, нажим кнопки — и специальные скрепочки, подобные тем, что сшивают тетради, накрепко соединяют кровеносный сосуд.
Скрепки эти делаются из тантала.
Удивительный металл не вызывает никакого раздражения тканей, не отравляет организма. Он постепенно рассасывается организмом без следа. Уже через несколько дней самое тщательное просвечивание рентгеном не дает возможности обнаружить скрепки. Их уже не существует, их заменила живая ткань.
Из тантала делают планки для сращивания сломанных костей, танталовыми пластинками укрепляют поврежденный череп. Тканью из танталовых нитей соединяют разорванные мускулы.
Такое совершенно своеобразное применение в технике ремонта живых организмов нашел ныне тантал.
А юную Ниобею надо еще долго воспитывать.
Ниобий — постоянный спутник тантала. Их долго путали.
Соединения ниобия впервые выделил из соединений тантала немецкий химик Г. Розе. Он и дал этому дочернему элементу имя мифической дочери Тантала — Ниобеи. Чистый ниобий был получен впервые только в 1907 году.
Ниобий — тугоплавкий металл. Он плавится при 2415 градусах, кипит при 3300 градусах. Удельный вес его невелик — 8,6 г на куб. см. Прочность примерно соответствует прочности углеродистой стали. Он обладает средней химической активностью.
Ниобий в настоящее время служит в качестве легирующего элемента сталей. Его вводят в количестве 0,5–0,8 процента в хромоникелевые стали. Кроме того, в сплаве с танталом он используется в электровакуумной промышленности.
Бесспорно стремительное внедрение в промышленность циркония и тантала.
Бесспорно, будут находить новые применения гафний и ниобий.
Все четыре металла, находящиеся между такими верными друзьями человека, как вольфрам и титан, не могут быть бесполезными лодырями и тунеядцами.
На границе с неметаллами
Правую часть развернутой периодической системы Менделеева занимают неметаллы. Раньше их называли металлоидами.
Скажем откровенно: резкой границы между металлами и неметаллами нет. С точки зрения химика, к металлам относятся те элементы, которые, вступая в соединение, отдают свои электроны, к неметаллам — те, которые стремятся присоединить электроны. Однако очень многие элементы в одних соединениях отдают свои внешние электроны, в других, наоборот, присоединяют их.
Окислы металлов, растворяясь в воде, образуют щелочи; окислы неметаллов — кислоты. Элементы, соединения которых обладают как щелочными, так и кислотными свойствами, то есть проявляющие себя и металлами и неметаллами, называются амфотерными. Их много. Даже такой резко выраженный металл, как железо, в некоторых химических соединениях ведет себя как неметалл. Но наибольшей амфотерностью обладают элементы, занимающие в периодической системе промежуточное положение между металлами и неметаллами. К ним относятся цинк, алюминий, галлий и т. д. А относительно целого ряда элементов вообще трудно решить, металлы это или неметаллы, так причудливы их химические свойства.
Возьмите второе издание Большой советской энциклопедии и откройте ее 27-й том на слове «металлы». И в списке, где приводится распространенность металлов в земной коре на стр. 270 (мне не раз приходилось заглядывать в этот список), и в таблице свойств металлов на стр. 244–245 можно найти и мышьяк, и селен, и теллур.
Но раскройте 29-й том этой же энциклопедии на слове «неметаллы». Там вы найдете прямое указание, что и мышьяк, и селен, и теллур относятся к неметаллам.
Ошибка? Конечно, некоторая несогласованность между утверждениями двух статей энциклопедии есть. Но она легко объяснима. Автор статьи о металлах убедительно может доказать, подтвердив целым рядом примеров, что три спорных элемента обладают целым рядом металлических свойств. Автор статьи о неметаллах приведет столько же подтверждений, что элементы эти имеют кучу неметаллических качеств.
Даже рискуя обеднить задуманную книгу о неметаллах и власти над ними человека, включил я короткие справки об этих элементах сюда, в рассказ о металлах.
Металл?.. Неметалл?.. Металл?. Неметалл?..
Селен — еще один элемент, название которого химики заимствовали у астрономов. Открывший его в 1817 году в отходах серной кислоты шведский ученый Берцелиус дал имя своему «крестнику» в честь Селены — так греки называли Луну. Селен относится к числу рассеянных элементов. По целому ряду своих свойств он очень напоминает серу. Подобно сере, он встречается в самородном состоянии. Вместе с тем известен и целый ряд минералов, образованных селеном. Он связан в них с медью, серебром, ртутью и т. д.
При обработке колчеданов селен концентрируется в отходах производства. Это один из основных источников его добычи. Кроме того, он содержится в шламе, скапливающемся на дне электролитических ванн при электролизе меди. Содержание селена в этом шламе может достигать 14 процентов. Это второй важный источник получения селена.
Селен, как и сера, имеет несколько модификаций. Если расплавленный селен (плавится он при температуре 214 градусов, а кипит при 685 градусах) медленно охлаждать, то получается отливка серо-черного цвета — так называемый серый или металлический селен. При быстром охлаждении образуется хрупкая серовато-свинцовая масса — стекловидный селен. При нагревании уже до 50 градусов он размягчается, как и всякое аморфное тело, не имеющее кристаллической структуры и определенной точки плавления. Однако при дальнейшем нагревании стекловидный селен кристаллизуется и переходит в серый селен.
Есть и еще одна модификация селена — рыхлый красный порошок, красный селен. Он получается при быстром охлаждении паров этого элемента.
Селен является типичным полупроводником.
Еще всего лет двадцать назад люди, связанные с электротехникой, считали полупроводники почти бросовым материалом. Проводники были очень нужны. Это провода, шины, контакты. Нужны были и изоляторы. Из них делали распределительные щитки, ими покрывали проволоку, из них изготовляли подвески для линий высокого напряжения. А полупроводники — их свойства проводить электрический ток отчетливо выражены названием — не годились ни на то, ни на другое.
Между тем полупроводники обладают многими замечательными свойствами. Они изменяют свою электропроводность под действием внешних причин. При охлаждении до температуры, близкой к температуре абсолютного нуля, они не только не становятся сверхпроводниками, но, наоборот, приобретают качества абсолютных изоляторов. Эти и другие свойства полупроводников привлекли к ним сейчас всеобщее внимание. На них возлагают большие надежды многие отрасли техники.
Полупроводниковые приборы начинают заменять радиолампы самых различных назначений. Такие приборы оказываются несравненно меньше радиоламп, к тому же при работе они потребляют значительно меньше энергии. И последнее: они работают практически вечно, тогда как радиолампы всегда имеют определенный гарантированный срок службы.
Ссылаясь на эти удивительные свойства, радиоинженеры обещают создать безотказно работающие радиоприемники массового пользования величиной со спичечную коробку и даже меньше, выпустить в продажу телевизоры, состоящие чуть ли не из одного экрана, плоские, как книга, — их можно будет вешать на стены. И, действительно, полупроводники позволяют осуществить все эти, казавшиеся недавно несбыточными, мечты.
В технике и промышленности широко применяются выпрямители электрического тока самых различных назначений. Но как они все неудобны! Они включают в себя или стремительно вращающиеся части, или огромные стеклянные баллоны, наполненные ртутью и ее парами. Обращение с ними должно быть очень деликатным, бережным.
И здесь на помощь пришли полупроводники.
Они не содержат ни движущихся частей, ни громоздких стеклянных баллонов. С волнением относятся к ним, в частности, инженеры и ученые, работающие над проблемой электрификации железнодорожного транспорта. Они считают, что именно полупроводниковые выпрямители позволят осуществить давнишнюю мечту — широко внедрить электрическую тягу на переменном токе.
Среди многих замечательных свойств полупроводников есть способность превращать в электрический ток тепловую энергию. Если соединить два полупроводника так, чтобы образовалась электрическая цепь, к одному спаю подвести тепло, а другой, наоборот, охладить, в цепи появится электрический ток. Он появляется и в цепях, соединенных из металлических проводников, но в данной будет в десятки и сотни раз больше. Настолько больше, что можно изготовлять и выпускать в широкую продажу бытовые термогенераторы, вырабатывающие электрический ток для питания сельских радиоприемников из тепла, выделяемого обычной настольной керосиновой лампой или керогазом.
