Металл века
Шрифт:
ТИТАН В ПРИРОДЕ
Титан входит в первую десятку самых распространенных элементов нашей планеты.
В пятнадцатикилометровой толще земной коры его более половины процента: почти все кристаллические горные породы, пески, глины и прочие составляющие поверхности нашей планеты содержат титан. Содержание титана в почвах (а речь может идти только о его соединениях, так как в свободном виде титана в природе нет) в различных районах земного шара колеблется от половины до полутора процентов. В землях Европы, к примеру, полпроцента титана, в землях Азии — вдвое больше. В основных почвенных зонах Европейской части СССР содержание титана колеблется от одной до трех четвертей процента. Больше всего титана в глинах, в суглинках его меньше и совсем немного в известковых почвах. Меньше всего титана в пахотных землях и в пустынях. Высокий процент титана обнаружили в глинистых грунтах Средиземноморских Альп, в окрестностях Дели, в почвах Бразилии. На острове Святой Елены, где провел свои последние годы Наполеон Бонапарт, количество титана в земле доходит до двух с половиной процента. Но никакие другие земли не могут соперничать с красноземами Западного Самоа, содержание титана в которых колеблется от восьми до двенадцати процентов!
Титан находят в вулканической пыли, в газах, выделяющихся из кратеров вулканов, в каменных материалах. В 1866 году с помощью метода спектрального анализа наличие титана обнаружено в атмосфере Солнца. Элемент этот находится на ближайшей к нам звезде в ионизированной форме. Линии, соответствующие титану, открыты в спектрах большинства звезд.
Но вернемся на Землю. Теми же методами спектрального анализа титан обнаружен в морской воде, в водах Дуная, в горячих ключах Японии и минеральных водах Испании, в каменном угле и в торфе, в сырой нефти и других веществах.
В различных лабораториях мира подвергают исследованиям сотни видов зерен, плодов, стеблей, деревьев, кустарников, определяя содержание в них микроэлементов. Во многих растениях есть титан, правда, его меньше, чем в почвах, на которых они растут. Титан в растениях исчисляется сотыми и тысячными долями процента. Впервые он был там обнаружен немецким химиком Адергольдом в 1852 году.
Довольно высокое содержание этого элемента характерно для листьев табака, для водорослей, сахарного тростника, лука. Из других культур наиболее богаты им бобовые и гречиха. А вот плоды какао совсем не имеют титана. Бедны титаном морковь, люцерна, картофель, земляной и лесной орехи. Но о кокосовом и грецком орехах этого сказать нельзя. Наличие титана отмечено в семенах хлопка, подсолнечника, в красном клевере, каштане, тыкве, кукурузе, а также в различных деревьях.
Титан в живых организмах впервые обнаружил английский химик Риз в 1835 году. Растения, как правило, концентрируют титан в больших количествах, чем животные, но многие организмы тоже содержат немало этого элемента. К ним в первую очередь необходимо отнести крабов, устриц, ракушек, целый ряд рыб и других обитателей морей.
Титан найден в тканях лошадей, овец, собак, кроликов, телят, причем больше всего титана содержится в легких, печени, волосяном покрове и в почках животных.
В организме взрослого человека находится около 20 миллиграммов титана. Особенно богаты этим элементом селезенка, надпочечники и щитовидная железа. Так как титана сравнительно много в почвах, то мы постоянно вдыхаем его вместе с обычной пылью и, по-видимому, именно этим обстоятельством объясняется тот факт, что у пожилых людей в легких чуть ли не в сто раз больше титана, чем у новорожденных, тогда как в других органах количество элемента постоянно и с возрастом не меняется.
До сих пор неизвестно, какую роль выполняет титан в человеческом организме, но степень его концентрации позволила советскому академику В.И. Вернадскому высказать предположение о том, что титан нужен для организма и выполняет какие-то определенные жизненно важные функции. Во всяком случае на сегодняшний день точно установлено, что титан безвреден для людей и животных.
В медицинской литературе описан случай, когда один человек, очевидно, желая покончить с собой и не найдя под рукой ничего более существенного, принял внутрь почти полкилограмма диоксида титана. Никаких серьезных последствий для организма эта лошадиная доза не вызвала.
Небольшое количество титана есть в костях и зубах человека, в материнском молоке. Японские ученые установили, что титан находится и в волосах, но только в светлых, так что, выходит, шатены, брюнеты и рыжие этим элементом "обделены”.
Обнаружено также, что титан — составная часть коровьего молока, куриных яиц и многих других пищевых продуктов.
Таким образом по распространенности в природе титан занимает среди металлов четвертое место (после алюминия, железа и магния). В земной коре он составляет 0,6 %, то есть втрое больше, чем медь, цинк, никель, ванадий, хром и марганец вместе взятые.
Глава 2. НА ВТОРЫХ РОЛЯХ
ОШИБКИ И ЗАБЛУЖДЕНИЯ
Первую ошибку в исследованиях свойств титана совершил Клапрот. Наблюдая реакцию взаимодействия диоксида титана с железосинеродистым калием, немецкий химик отметил, что при этом образуется осадок зеленого цвета, тогда как в действительности осадок был желто-коричневым. На это указал русский ученый Товий Егорович Ловиц, тщательно изучивший свойства соединений титана, которые находятся в титано-магнетитовых рудах. О своих исследованиях Ловиц рассказал в статье "Показание некоторых замечаний о титане”, опубликованной в химических анналах Крелля за 1799 год. Правда, ошибка Клапрота была не столь уже принципиальной. Дальше последовала целая цепь ошибок намного серьезнее, сменявших друг друга на протяжении более чем вековой истории.
В течение всего XIX века ученые разных стран безуспешно пытались получить металлический титан, который практически был бы свободен от примесей. В природе не существует титана в чистом виде и предстояло извлечь этот металл из его чрезвычайно прочных соединений. Задача была не из легких и многие авторитетные химики попадали впросак.
В 1822 году ошибся известный английский химик Волластон. Исследуя найденные в шлаке металлургического завода кристаллы, он пришел к выводу, что они представляют собой титан, свободный от примесей. Выдающийся шведский ученый Йенс Якоб Берцелиус присоединился к мнению Волластона. Это заблуждение просуществовало почти 30 лет, пока, наконец, немецкий химик Фридрих Вёлер, сжигая эти кристаллы в струе хлора, не доказал, что ”титан” Волластона представляет собой химическое соединение титана с азотом и углеродом. Впрочем, принять соединения титана за чистый металл было нетрудно: ведь они отливали металлическим блеском, отличались твердостью и тугоплавкостью. Но всем нитридам, карбидам и низшим оксидам титана присуща хрупкость, и хрупкость эту ошибочно приписывали самому элементу.
В 1825 году, восстанавливая фтортитанат калия, Берцелиус пытался получить свободный титан, но эта попытка не дала ожидаемых результатов: металл был загрязнен большим количеством примесей. На протяжении XIX века выделить элемент пробуют многие ученые из разных стран: Вёлер и Девиль, Мерц и Керн, Эбельман, Нильсон и Петерсон, Леви, Муассан и другие. Шведские химики Ларе Фредерик Нильсон и Отто Петерсон получили металл из четыреххлористого титана при помощи натрия в герметическом стальном сосуде. Титан шведских химиков содержал 5 процентов примесей.
Относительно чистый титан в прошлом веке был получен, по всей вероятности, французским химиком Анри Муассаном. Муассан восстанавливал диоксид титана древесным углем, представляющим собой почти чистый углерод. Реакция проходила в известковом тигле при очень высокой температуре. Извлеченный таким способом металл содержал 5 процентов углерода, а последующей очисткой удалось снизить количество примесей в два с половиной раза. Спустя много лет два музейных металлических образца титана, полученного Муассаном, подвергли химическому анализу. Выяснилось, что образцы снаружи были окружены как бы стенкой из железа и карбида титана, а внутри находился относительно чистый металлический титан.