Текст книги "Я познаю мир. Сокровища Земли"

Автор книги: М. Голицын

сообщить о нарушении

Текущая страница: 9 (всего у книги 16 страниц)

В честь горного духа

 В 1751 году шведский химик А. Кронстедт открыл новый, доселе неизвестный серебристо-белый металл, назвал его «никель» в честь горного духа, гнома, который, по поверью, мешает горнякам работать под землей, строя различные козни.

Никель используется для легирования сталей – они становятся жаропрочными; отличается механической прочностью, антикоррозийными и другими полезными свойствами. Он входит в состав монетного сплава, поэтому можно смело утверждать, что с никелем знаком каждый человек нашей страны.

В самородном виде никель в сплавах с железом обнаружен в метеоритах. Метеориты бывают трех видов: железные, железокаменные и каменные. Есть такая научная догадка, что ядро Земли имеет сходный состав с железными посланцами неба.

Основные руды никеля – сульфиды и силикаты. Первые находятся в древних глубинных магматических породах в форме залежей. Вместе с никелем всегда находятся руды меди, кобальта, а в них примеси золота, серебра, платины, селена и теллура.

Силикаты никеля образуются на поверхности Земли при выветривании магматических пород. Их геологический возраст часто совсем небольшой – всего 10-15 миллионов лет.

В промышленных масштабах никель начали получать в середине XIX века в Канаде. А основные месторождения в России находятся на севере Красноярского края (Норильск), на Кольском полуострове (Печенга) и Урале. Мировые запасы сосредоточены в Канаде и Австралии.

Никель имеет одно прекрасное свойство – он морозостоек. Обычная сталь становится хрупкой, начиная с температуры -30 °С: это мешает работе и строительству в Арктике и Антарктике. Добавка 0,4% никеля позволяет увеличить морозостойкость стали до 40%. Сталь с добавкой 0,5% никеля не боится и более сильного мороза, но цена стали от этого... удваивается.

Чтобы добывать полезные ископаемые в Арктике, нужна сталь с 5% никеля. В этом сочетании она выдерживает температуру -60 °С, но по цене такая сталь сравнима с драгоценными металлами и к тому же плохо сваривается.

Редкие металлы

Есть среди металлов – сокровищ Земли – довольно большая группа так называемых редких металлов. Их более пятидесяти. В своей сумме они составляют 0,53% земной коры. Они редко образуют собственные минералы, но входят в состав других минеральных соединений.

Редкие металлы имеют прямое отношение к драгоценным камням. Например, бериллий – основной компонент изумрудов и аквамаринов. Цирконий входит в состав драгоценного камня солнечного цвета – гиацинта.

Редкие металлы среди сокровищ Земли, как песчинка в стоге сена. Например, крупные месторождения молибдена известны всего в нескольких местах земного шара. Геологам, чтобы найти редкие металлы, приходится много трудиться, используя все существующие методы научных поисков.

В небольшом, но известном на весь мир своими знаменитыми учеными шведском городке Упсала в 70-80-х годах XVIII века жил застенчивый, малообщительный человек по имени Карл Вильгельм Шееле (1742—1786). Он был аптекарем и одновременно – академиком Стокгольмской академии наук. Прославился же Шееле как один из величайших химиков-экспериментаторов своего времени.

Современники считали упсальского аптекаря чудаком: он неизменно отказывался от многочисленных предложений занять почетные посты в университетах. Громогласной славе и чопорному почету он предпочитал тишину провинциального городка и удовольствие проводить интересующие его опыты.

Аптекарь Шееле сделал целый ряд научных открытий, в том числе подарил человечеству металл вольфрам в 1781 году...

Так какой же из редких металлов «похищает» олово? Конечно, вольфрам – тяжелый (плотность 19,3), твердый и тугоплавкий металл. Температура его плавления 3410 °С.

По тугоплавкости вольфрам уступает только углероду, и это его удивительное свойство дало возможность использовать вольфрамовые нити в электролампах.

Свое название этот химический элемент получил от минерала вольфрамита. Еще в средние века было замечено: выход олова уменьшается, если этот минерал содержится в оловянной руде. Он как бы похищает олово, пожирая его, как волк овцу. Отсюда и название минерала от немецкого слова «вольф» – «волк» и древнегерманского «рам» – «баран».

Вольфрам применяется как легирующая добавка, особенно для быстрорежущей стали, которая сохраняет твердость даже при 800 °С.

Из сплава вольфрама, меди и никеля изготавливают контейнеры для хранения радиоактивных веществ, поскольку такой сплав поглощает радиоактивные излучения лучше, чем свинец. Правда, получить сплавы вольфрама обычным способом трудно: при температуре его плавления многие металлы превращаются в пар. Вот почему чаще всего вольфрамовые сплавы создают с помощью порошковой металлургии – смесь металлических порошков прессуют и спекают при высоких температурах.

Вольфрам пластичен. Это позволяет из одного килограмма металла вытягивать проволоку длиной до 3,5 километра, а этого хватает на изготовление 23 тысяч электроламп мощностью по 60 ватт.

Несколько фактов из жизни стронция

В 1790 году шотландский врач А. Крауфорд, изучая минерал стронцианит, пришел к выводу, что он содержит новые элементы.

Затем пробежало еще несколько лет, и лишь в 1808 году Гемфри Дэви (1778-1829) путем электролиза выделил два новых элемента. Первый назвали барием (от «барюс» – «тяжелый»), второй – стронцием (от названия минерала, в который он входит).

Стронций – щелочно-земельный металл, химически очень активный. Соли стронция горят красным цветом, и когда вы видите салют, знайте: вас восхищает не какое-то небывалое чудо, а металл стронций. А вот соли натрия, например, дают желтый цвет. В этом легко убедиться, если бросить несколько крупинок соли в пламя.

Стронций используют для поглощения газов в электровакуумной установке, для раскисления меди и бронз, получения сплавов. В атомной промышленности без стронция тоже дело не обходится: один из его радиоактивных изотопов применяют в атомных электрических батареях.

Соли стронция – это краски, глазури, эмали, кинескопы телевизоров, белизна рафинированного сахара, специальные сорта бронзы.

Установлено, что стронций накапливается в глубоких подземных рассолах, в водах нефтяных месторождений. Такие рассолы можно рассматривать как жидкую руду, из которой извлекают бром, йод и литий. Весь йод в России получают именно из таких подземных вод.

Из чего делали оловянную посуду

Олово – это металл, лежащий в основе оловянного сплава. Обычно рецепт его такой: на одну часть свинца приходится 4-6 частей олова.

Сплав олова и свинца знаком человечеству не одну тысячу лет. О нем знали еще в Древнем Китае, Египте, Греции и даже в Древнем Риме.

Но самое широкое распространение сплав металлов на оловянной основе получил в Англии. Благодаря оловянным рудникам, а ими Англия богата, англичане научились получать сплав на оловянной основе. Английское олово вывозилось и в другие европейские страны.

Что делали из этого сплава? В основном различную церковную и домашнюю утварь, посуду. Правда, потом богатые люди стали пользоваться серебряной посудой.

Что же касается других европейских стран, то уже в XIV веке во Франции, Германии, Голландии, Швейцарии, России и Скандинавских странах посуду делали из сплава олова со свинцом.

В США оловянной посудой пользовались первые переселенцы. Мастерить различные изделия из этого сплава начали в XVII веке, но самый расцвет оловянного американского производства пришелся на период с 1750 по 1850 год.

А в Китае, Корее и Японии изготовление изделий из такого сплава началось более тысячи лет назад.

Легкие металлы

Легкие металлы

Легких металлов в природе достаточно много: их двенадцать. Наиболее известными из них являются магний, алюминий, титан, бериллий. Они широко применяются в промышленности, технике, быту в виде сплавов и обладают самыми различными свойствами.

Из этих сплавов построены корпуса самолетов и космических ракет, изготовлена кухонная посуда, садовый инвентарь и многое, многое другое.

Легкими эти металлы называются потому, что они легче железа.

Алюминий – один из самых распространенных в мире металлов: земная кора на 7-8% состоит из него. Но алюминий не встречается в природе в чистом виде. Он образует соединения с другими химическими элементами, причем такие прочные, что их очень трудно разделить на составные части. Основная алюминиевая руда боксит содержит от 40 до 60% окиси алюминия.

Алюминий обладает многими полезными качествами, благодаря которым получил в XX веке широчайшее распространение. Он очень легок, примерно в три раза легче железа, меди, никеля или цинка хорошо проводит электричество и служит прекрасным теплоизолятором, потому что его блестящая поверхность хорошо отражает тепловые лучи.

Этот чудесный металл стоек к коррозии. При взаимодействии с воздухом алюминий быстро вступает в химическую реакцию с кислородом, образуя прочную, тонкую, бесцветную пленку. Она-то и служит своеобразной преградой на пути дальнейших химических реакций и тем самым предохраняет металл от коррозии.

Вот почему из алюминия делают фольгу. Но что такое фольга? Тончайшая металлическая пластина толщиной в доли миллиметра.

Чтобы раскатать такую тонкую металлическую пластину, прибегают к помощи специальных точных машин. Ведь любое отклонение в толщине фольги сразу будет заметно. Для изготовления фольги используют чистый алюминий. Но более толстую фольгу и другие предметы нашего повседневного обихода чаще всего делают из различных сплавов металлов на алюминиевой основе. Конечно же обыкновенная алюминиевая фольга есть в каждом доме. В нее упакованы конфеты, шоколад, другие пищевые продукты. В ней хозяйки запекают мясо, рыбу, птицу в духовках кухонных плит. И конечно же многие сорта мороженого тоже манят нас своей серебристой волшебной упаковкой – алюминиевой фольгой.

От чего зависит цвет «греческих огней»

Во всех странах люди обожают всякие забавы, в том числе фейерверки. Вот уже несколько тысячелетий человечество восхищается удивительными цветами огней фейерверка.

Первые фейерверки засверкали в Китае, а в европейских странах они заискрились лишь спустя сотни лет. Жители Древней Греции любили позабавиться «греческими огнями». Многие римские императоры тоже устраивали впечатляющие огненные спектакли на радость и потеху своим подданным. Правда, те древние фейерверки значительно отличались от современных. Лишь с изобретением пороха и развитием химии фейерверки стали более изысканными.

В XIX веке умение создавать фейерверки поистине превратилось в вид искусства.

Удивительные картины с изображением флагов, лодок, знаменитых баталий иногда служили лишь своеобразным фоном. Когда такие картины зажигались огнями, создавалось впечатление, что флаги колышутся, лодки плывут, а люди сражаются на поле брани.

Создаются фейерверки с помощью селитры, серы и угля Все эти вещества перетираются в порошок, и к ним в различных пропорциях добавляются различные соли. Окраска огней зависит от следующих добавок. Стронций придает огням красный цвет, барий – зеленый, натрий – желтый, медь – синий. С помощью железных наполнителей в небе рождается серебряный дождь. Так что нужно хорошо разбираться в химии, чтобы создать современный фейерверк.

Огни, светящиеся в небе, используют не только для развлечений. Военные применяют специальные сигнальные ракеты. Огнями можно осветить все поле боя или передать необходимое сообщение. Суда, попавшие в беду, тоже взывают о помощи, запуская в небо разноцветные раке ы и огни.

Что такое карьер

Разрабатывать карьер – это значит заниматься добычей, как правило, полезных ископаемых. При этом порода вынимается каменными блоками или же дробится на отдельные куски. Каменные блоки обычно используются при строительстве, например из них построены пирамиды в Египте. А отдельные небольшие куски камня, которые называются щебнем, широко применяются при дорожных работах.

Карьеры бывают разные. В одних горная порода представляет собой сплошной монолит, в других она расположена слоями, где каждый отдельно взятый слой отличается плотностью, цветом, прочностью. Попросту говоря, карьер – это громадная, вырытая в земле яма, точнее, горная выработка. Они, как правило, бывают широкими и неглубокими.

Узкие и очень глубокие горные выработки называются шахтами. О них мы будем подробнее говорить дальше.

Иногда полезные ископаемые находятся на небольшой глубине, прямо на поверхности земли. В подобных местах удобнее вырыть неглубокие котлованы: в них можно спокойно заехать на бульдозере и без особых проблем вывезти руду.

Как узнать место, где именно следует разрабатывать карьер? Сначала необходимо провести исследования, взять пробы грунта. Здесь последнее слово остается за геологами; именно они определяют, какие полезные ископаемые и в каком количестве содержатся в данном месте.

Во время исследований больших горных разработок пробы пород берутся не только с поверхности земли, но и с больших глубин. Это делается для того, чтобы исключить возможность ошибки. Контрольные буровые работы проводятся в нескольких местах. Глубокие скважины должны подтвердить выводы ученых. Для этого применяют буры – специальные сверла диаметром 5-6 сантиметров. Они способны проникнуть сквозь плотную толщу горных пород.

Полученную породу поднимают на поверхность, затем тщательно изучают. Только после этого делают вывод: стоит ли здесь добывать руду, любую другую горную породу, стоит ли продолжать разработку карьера.

Радиоактивные металлы

Впервые радиоактивный металл радий был открыт французским физиком Пьером Кюри (1859-1906) в 1898 году. Ученый носил пробирку со своим «открытием» в нагрудном кармане, получил роковую дозу облучения и рано умер. За свое открытие вместе с женой Марией Склодовской-Кюри (1867-1934) и ученым Антуаном Анри Беккерелем (1852-1908) Пьер Кюри получил Нобелевскую премию. Это было в 1903 году.

Итак, что такое радиоактивные металлы, к которым принадлежат уран, радий, торий и нептуний? Это такие металлы, которые обладают способностью превращаться в другие химические элементы, испуская при этом различные частицы. Ученые называют их гамма-квантами.

Невероятную силу радиоактивных элементов люди узнали после взрывов ядерных бомб в японских городах Хиросима и Нагасаки в 1945 году. За считанные минуты было убито и ранено более 200 тысяч человек.

Итальянский городок Орвието однажды облетела сенсационная весть: местные специалисты обнаружили, что внутри католического собора, который был построен в XIII-XIV веках, радиоактивность повышена в 15 раз по сравнению с естественной. «Что такое? Почему? – заволновались жители Орвието. – Куда же нам теперь ходить молиться?» «Все в тот же собор, – ответили ученые. – Ничего страшного с вами не случится, вы же находитесь в соборе не круглые сутки, а довольно короткое время, пока длится служба. Во всем же виноват мрамор, из которого построили в свое время собор. Он содержит много радиоактивных элементов: урана, тория и других...»

Уран – металл с удивительными свойствами, ключ к раскрытию тайн атомной энергии. Это естественный источник радиоактивного излучения, которое широко используется в медицине, сельском хозяйстве, промышленности.

Внешне слитки чистого урана очень напоминают слитки серебра или стали. Но уран очень тяжелый металл, один из самых тяжелых химических элементов в природе. Один кубический сантиметр урана весит 19 граммов.

Отличительные свойства урана таковы. Во-первых, это радиоактивный металл, а значит, в нем постоянно протекают определенные структурные изменения, сопровождающиеся выделением энергии в виде радиоактивного излучения. Некоторые атомы урана подвержены процессу распада, то есть атомы могут расщепляться на две части, высвобождая огромное количество энергии. Процесс распада атомов урана лежит в основе работы ядерных электростанций, ядерного оружия.

Во-вторых, уран – химически активный элемент. Он вступает в реакцию со многими химическими элементами. Если уран соприкасается с воздухом, то на его поверхности быстро образуется черная пленка. Она состоит Из соединений урана и кислорода.

В небольших количествах уран достаточно часто встречается в природе, но не в чистом виде. Процесс получения чистого урана из урановой руды длительный и трудоемкий. Из тонны переработанной руды получают всего лишь несколько граммов урана. Сначала урановую руду дробят, просеивают и обрабатывают различными химическими веществами, для того чтобы очистить ее от посторонних примесей. Затем руду в несколько этапов очищают до получения желтой, похожей на пластилин массы.

В одном килограмме урана потенциально заложено столько же энергии, сколько в трех миллионах килограммов угля. В ядерных реакторах в результате цепной реакции распада атомов урана выделяется огромное количество энергии, которая приводит в движение турбины – основные звенья в электрических генераторах.

Его следы есть в каждом кусочке земли

Почти как детективный сюжет описывает академик А.Е. Ферсман встречу с этим диковинным металлом. «Большое многоэтажное здание с тихими лабораториями и кабинетами. Нас ведут по лестницам в подвал, потом подземным коридором в небольшую бетонированную камеру с толстыми стенками... Гремят замки – в пустой комнате без окон стоит небольшой железный шкаф. При потушенном электричестве отворяются дверцы, и привыкший к темноте глаз видит несколько светящихся полосочек. Камень в кольце нашего провожатого начинает ярко сверкать, неожиданно вспыхивая при повороте руки и усиливая свет при приближении к полоскам. Зажигается электричество, и в наших руках оказывается одна из этих светящихся полосочек, просто малюсенькая стеклянная трубочка – в ней белый порошок. Его только два грамма – щепоточка. Но сила этой щепоточки поистине замечательна: она постоянно испускает из себя чудодейственные лучи-частицы, часть которых незаметно превращается в замечательный газ Солнца – гелий».

Что же за вещество находится в пробирках? Это соль радия, одного из радиоактивных металлов, известных человечеству. Оказывается, этой солью лечат тяжелейших раковых больных. Лучи, выделяемые белым порошком в пробирке, могут спасти от гибели ткани организма.

Только через две тысячи лет тепло, излучаемое порошком из пробирки, ослабеет наполовину. Лучи же его мчатся в одних случаях со скоростью света, в других – со скоростью 20 000 км/с.

Прежде чем превратиться в белый порошок, радий проходит долгую историю сначала в недрах Земли, потом на заводах и в промышленных лабораториях.

Нет такого кусочка земли, где бы не было ничтожнейших следов этого металла. В любой породе можно отыскать 0,000000001% этого редкого металла, то есть в 10 000 раз меньше, чем золота или серебра. Ученые подсчитали, что в поверхностном слое земли до десяти километров в глубину содержится около одного миллиона тонн радия.

Радий, рассеянный в земле, недоступен человеку. Но иногда сама природа приходит на помощь: в некоторых местах она накапливает этот металл, правда до известных пределов. Больше чем в сотых долях миллиграмма на сто граммов породы радий никогда не встречается, и наука утверждает, что большее содержание невозможно. Но на самом деле руды гораздо беднее. В одном вагоне руды содержится всего лишь один грамм соли радия. Вот из-за такой-то малости человек и научился перерабатывать тонны и тонны руды.

Благородные металлы

Благородные металлы

Золото, серебро, платина, осмий, иридий, палладий, родий, рутений составляют группу благородных металлов. Они обладают необыкновенной стойкостью и являются вечными в полном смысле этого слова.

Например, при археологических раскопках находят золотые изделия, изготовленные пять и более тысяч лет назад. Они украсят любую капризную модницу, потому что выглядят так, как будто изготовлены вчера.

Бесспорно, золото – царь земных металлов. Слава его так велика, что только библиотека во много тысяч томов сможет хотя бы приблизительно поведать нам о странствиях, приключениях и судьбе этого металла.

Золото так завораживало и очаровывало людей, что поначалу из него изготавливали только украшения и предметы культа. В сокровищницах египетских фараонов, индийских правителей, китайских, греческих и римских императоров, скифских вождей таились золотые браслеты, серьги, кольца, гребни, скипетры, диадемы, погребальные маски еще задолго до нашей эры.

Золотые изделия и статуэтки были широко распространены и в Америке у индейцев майя и ацтеков, создавших свою загадочную и неповторимую культуру. Может быть, лишь аборигены Австралии остались к золоту равнодушны Но не потому, что оно не пришлось им по душе, а потому, что они... не обнаружили его.

Первые монеты, появившиеся в Древней Греции и Малой Азии около 4000 лет назад, тоже были сделаны из золота.

Золото – символ богатства, вечности и верности. Его воспевали поэты, о нем слагали бесчисленные легенды, мифы и сказания Вспомним старинную историю о золотом руне – золотой шкуре волшебного барана, которую в древней Колхиде охранял дракон. Эта легенда – одно из бесценных звеньев греческой мифологии и поэтическая жемчужина «Одиссеи» бессмертного Гомера. А ведь в основе ее лежит реальный факт. Местные жители добывали золото со дна реки с помощью бараньих шкур. Их прикрепляли ко дну, и шерсть задерживала тяжелые золотинки, а легкие частицы кварца, полевого шпата и других металлов уносили быстрые воды Риони.

Но золото не только богатство и радость, оно – причина раздоров, войн между людьми, источник многих несчастий, вражды и зла. Недаром золото называют и желтым дьяволом. Из-за него в XV-XVI веках испанцы завоевывали Латинскую Америку и безжалостно истребляли коренных жителей – индейцев, разоряя их города, уничтожая древнюю культуру.

В XIX веке золотая лихорадка, как чума, неоднократно захлестывала целые страны и континенты. Многие тысячи людей бросали обжитые места и спешили искать золото. Увы, судьбы многих и многих оборвались, канули в пучину неизвестности. Золотые лихорадки потрясли Австралию в 50-х, 80-90-х годах XIX столетия, нашу Сибирь, северо-запад Канады, Калифорнию в США. О Клондайке талантливо писал Джек Лондон, о Бодайбо на Угрюм-реке – В. Я. Шишков.

В 1839 году затонул корабль с первым австралийским золотом; погибли все пассажиры злополучного судна... Человек по фамилии Холтерманн, живший в Австралии и оказавшийся в пучине золотой лихорадки, мог стать одним из богачей мира. Он нашел самый крупный до сего времени самородок чистого золота весом более 70 кг. Но Холтерманн в итоге разорился и умер в нищете.

Список жертв царя металлов можно продолжать до бесконечности...

Алхимики в течение нескольких столетий (в Европе это IX—XVI века) стремились найти «философский камень» – вещество, якобы превращающее любые металлы в благородное золото. «Философский камень» не обнаружили, но польза от этих опытов все же была: алхимики нашли новые способы получения эмалей, стекла, кислот и солей; изобрели технологию возгонки и перегонки веществ.

Золото не случайно оказалось первым металлом, который узнали люди. Оно встречается почти всегда в самородном виде, и его не надо выплавлять, как железо или медь, из различных минералов. Его можно найти во многих точках мира, пусть даже в незначительных количествах.

Золото блестит и отличается от других минеральных зерен своим желтым цветом и тяжестью. Оно легко куется в тонкие нити или пластинки, им можно покрывать изделия из других металлов, дерева или камня. Позолоченные купола православных храмов столетиями сверкают в любую погоду, но особенно красивы они в раннее солнечное утро.

Это действительно вечный металл. Золотые монеты, если не вытерлись о тысячи рук, в которых побывали, сохраняют блеск, красоту и через 100, 300, даже через 1000 лет. Чтобы убедиться в этом, достаточно заглянуть в музеи, где хранятся нумизматические коллекции, и увидеть античные монеты.

Золото – всемирно признанный денежный эквивалент. Золотые монеты, правда, в XX веке уже вышли из постоянного обращения, но как юбилейные и памятные до сих пор выпускаются почти всеми государствами. Россия следует этой традиции.

Государственный золотой запас – это слитки очищенного, так называемого аффинажного золота и золотые монеты. Величина этого запаса – реальный показатель благосостояния государства и надежности его финансовой системы.

В годы Великой Отечественной войны (1941-1945) наша страна расплачивалась золотом за военную помощь со стороны США и Англии.