Металл века
Шрифт:
В России опыты над соединениями титана проводил Дмитрий Кириллович Кириллов. Талантливый ученый был тяжело болен, но вынужден был тратить свои личные средства не на серьезное лечение, а на проведение сложных опытов над титановыми рудами, так как царское правительство денег на научные исследования ему не давало. Работе с титаном Кириллов уделял почти все свое время, остающееся после чтения лекций в Московском университете. Результаты своих экспериментов Дмитрий Кириллович опубликовал в брошюре "Исследования над титаном", увидевшей свет в 1875 году.
Но научный поиск Кириллова остался незамеченным. Полученные результаты не привлекли внимания, не послужили базой для дальнейших исследований, не стали отправной точкой для более совершенных опытов и уже через небольшой промежуток времени были забыты. Такое пренебрежение к отечественной науке, равнодушие к ее достижениям и судьбам незаурядных ее представителей были характерными для всего периода существования царского самодержавия.
Наступил XX век, а элемент титан так и не был выделен в свободном состоянии. И Дмитрий Иванович Менделеев, делая обзор элементов IV группы, в своем последнем прижизненном издании "Основ химии", вышедшем в 1906 году, говорил не о металлическом титане, а о четырех его минералах — рутиле, титанистом железняке-ильмените, сфене и перовските. Впрочем, и о соединениях титана в книге говорилось немного. Почему? Об этом сказано буквально следующее: ”Так как титан и цирконий довольно редки в природе, имеют мало практического применения и не представляют новых форм соединений, то мы над ними не можем подробно останавливаться в этом сочинении”.
НЕОПРАВДАННЫЕ НАДЕЖДЫ
Принято считать, что первым технически чистый титан получил американский химик Хантер в 1910 году, через 120 лет после открытия элемента. Хантер с сотрудниками трудился в известной фирме ”Дженерал электрик компани”, занимаясь поиском новых тугоплавких материалов для волосков электрических ламп. В то время предполагали, что титан, если его удастся получить в чистом виде, должен плавиться при очень высокой температуре.
Вначале Хантер пытался выделить элемент из фторотитаната натрия при помощи калия в стальном цилиндре. Но лучшие образцы получаемого продукта содержали в себе только две трети титана. Остальную треть составляли примеси. Тогда ученый решил пойти по другому пути. Он попробовал восстановить металл из фторотитаната бария, но и это не дало сколько-нибудь ощущаемых результатов. После этого Хантер стал экспериментировать с оксидами титана.
По методу Муассана был получен титан, загрязненный небольшим количеством углерода, — карбид титана. Из этого соединения путем хлорирования получили четыреххлористый титан. Его очень тщательно очистили, в результате чего образовалась бесцветная, как бы кипящая от взаимодействия с воздухом жидкость. Дальше Хантер с сотрудниками использовал метод Нильсона — Петерсона, проявив максимум осторожности, чтобы не допустить воздух в реакционный сосуд.
В этот стальной реактор — так называемую ”бомбу” емкостью 1 литр — были помещены полкилограмма четыреххлористого титана и вдвое меньшее количество металлического натрия. ”Бомбу” нагрели так, что стенки ее раскалились докрасна. И тогда раздался оглушительный взрыв: между находящимися в сосуде веществами произошла мгновенная химическая реакция.
Полученный продукт представлял собой небольшое количество спекшихся металлических бусинок и порошка.
После охлаждения и промывки бусинки подвергли химическому анализу и оказалось, что удалось получить металлический титан практически без примесей. Но металл разочаровал исследователей.
Предположение о его необычной высокой тугоплавкости не подтвердилось. Основываясь, вероятно, на тугоплавкости титана, загрязненного углеродом, думали, что
чистый металл будет плавиться при температуре еще более высокой — чуть ли не при 6000 °С,
превзойдя тем самым вольфрам и другие тугоплавкие материалы.
Надежды не оправдались. Выяснилось, что чистый титан плавится уже при температуре около 1800 °С и о его применении для нитей накаливания не могло быть и речи.
Но поскольку чистый металл получен, надо исследовать его свойства. Исследовали. И убедились, что титан — очень хрупкий материал, не пригодный для механической обработки. Ковать его можно было только в нагретом состоянии, а при обычной температуре металл рассыпался на куски от незначительного удара. И титан, подобно калию, натрию, кальцию, был отнесен к разряду "бесполезных” металлов — так называемых "элементов для химиков", с которыми можно экспериментировать, но которые не годятся для практического использования.
Но вряд ли и Хантеру удалось получить действительно чистый титан. Данные анализа свидетельствовали, что примесей в титановых бусинках содержалось не более 0,1 процента. Если бы это в самом деле было так, свойства полученного металла оказались бы совершенно иными. Металл, загрязненный даже впятеро большим количеством примесей, в наши дни находит широкое практическое применение. Именно такой титан производят промышленные предприятия. Кроме того, когда начали получать действительно чистый металл, обнаружили, что его точка плавления гораздо ниже того вещества, которое исследовал Хантер.
Трудно сейчас сказать, какой же все-таки частоты был получен тогда металл, но неверное представление о титане как о металле, не пригодном для применения в технике, существовало еще долгие годы. Соединения титана стали использовать значительно раньше чистого металла, но следует подчеркнуть, что и это произошло только спустя столетие после открытия элемента.
САМАЯ ЛУЧШАЯ КРАСКА
Чистый диоксид титана — это белый порошок, который при нагревании желтеет. Когда же он остывает, к нему вновь возвращается чистый белый цвет. Диоксид титана не имеет ни запаха, ни вкуса, не растворяется в воде. Он устойчив к воздействию слабых минеральных и концентрированных органических кислот, сравнительно устойчив в щелочах. Это вещество — самое стабильное среди химических соединений, обладающих красящими свойствами.
Диоксид титана применяют в различных отраслях промышленности, но главнейший его потребитель — лакокрасочное производство. Впервые титановая белая краска была изготовлена из минерала рутила в 1870 году, однако промышленное ее производство началось только в первые десятилетия XX века. Титановые белила превосходят все другие белые краски по целому ряду свойств.
В картинных галереях особенно заметно, как тускнеют со временем полотна живописцев прошлого. Свинцовые белила, которые в старину часто добавляли к краскам, на воздухе теряют первоначальную яркость. Титановые белила помогли бы сохранить картины, но, к сожалению, художники эпохи Возрождения и других минувших времен еще не располагали такими красками.
Кроме стойкости в атмосфере, титановые белила, как и чистый диоксид титана отличаются химической стойкостью против кислот и щелочей. Мало того, они безвредны для человека, чего нельзя сказать о свинцовых белилах.
Важное свойство любого красителя — укрывистость, способность перекрывать цвет поверхности, которую окрашивают. Вполне понятно, что чем выше кроющая способность (укрывистость), тем меньше требуется краски.
По своей кроющей способности диоксид титана в несколько раз превосходит другие белила, что позволяет существенно снизить расход материалов и затраты труда. Титановые белила применяются для окраски дерева и металла, мостов, надводной и подводной частей кораблей, так как белила стойки и водонепроницаемы.