От водорода до …?
Шрифт:
Соединения бора входят в состав буровых вод нефтеносных месторождений и золы каменных углей. В незначительных количествах бор содержится в растительных (от 0,0001 до 0,1 % от веса сухого вещества) и животных организмах.
Несмотря на давнее знакомство человека с химическими соединениями бора, в более или менее чистом виде элемент был получен французскими учеными Гей-Люссаком и Тенаром только в 1808 г. Бор, весьма тугоплавкое вещество (температура плавления 2075 °C), известен в виде аморфного зеленовато-бурого порошка или мелких кристаллов, имеющих металлический блеск и по твердости почти не уступающих алмазу. При обычных условиях бор — исключительно инертное вещество, при
В отличие от своих соединений — буры и борной кислоты, применявшихся в ряде отраслей промышленности (стекольной, керамической, кожевенной, а также в сельском хозяйстве и медицине), бор долгое время не использовался. Лишь сравнительно недавно бор стали применять в металлургии. Добавленный в сотых долях процента в сплавы алюминия, меди, никеля и др., бор значительно улучшает качества этих сплавов.
Прибавка небольших количеств бора в быстрорежущую сталь значительно повышает ее режущие свойства, что объясняется способностью бора давать при высоких температурах соединения с другими металлами (так называемые бориды,) обладающие большой твердостью и устойчивостью. Бор, как и бериллий, используется для повышения износоустойчивости поверхности стальных деталей. Насыщение поверхности стальных изделий бором (борирование) повышает устойчивость изделия к износу во много раз.
Сравнительно малая при обычной температуре электропроводность бора повышается более чем в сто раз при нагревании до 600 °C, что используется в технике полупроводниковых материалов.
Исключительные свойства соединений бора нашли отражение в научно-фантастических произведениях. Так фантастический звездолет, описанный в произведении И. А. Ефремова «Туманность Андромеды», имел двигатели из нитрида бора («борозоновые цилиндры погасли…»). Действительно, нитриды бора (борозоны) чрезвычайно прочны и тверды.
Хотя запасы бора в природе и огромны (например, только в штате Калифорния их оценивают в 100 млн. т), однако 1 кг металлического бора в США стоил в 1957 г. 550 долларов, в то время как менее распространенный молибден — всего 6 долларов. Причина подобного противоречия состоит в распыленности соединений бора. Бор необходим для нормального развития растений. При недостатке его замедляется их рост, прекращается цветение и образование плодов. Полное отсутствие бора в почве ведет к гибели растений. Однако избыток этого элемента также неблагоприятно отражается на жизнедеятельности растений, а у животных (овец) является причиной воспаления кишок, известного под именем борного энтерита. Относительно много бора в свекле и брюкве, очень мало в зерновых культурах, больше в лесных почвах, чем в подзолистых и торфяных.
Особый интерес вызывают соединения бора с водородом — соединения, обладающие отвратительнейшим запахом и … высокой теплотворной способностью. При запуске одного американского спутника такое соединение было применено в качестве топлива.
У бора всего два устойчивых изотопа, совершенно сходных по химическим свойствам, но резко отличающихся по некоторым физическим качествам. Так, пластинка толщиной 0,1 мм из бора-10 полностью поглощает тепловые нейтроны; зато такая же пластинка из бора-11 совершенно «прозрачна» и пропускает тепловые нейтроны.
Миллионер
Что может быть общего между пестрым букетом цветов и куском каменного угля? Что общего между разнообразным содержимым склянок, аккуратно расставленных на полках аптечных шкафов, и нефтью?
Общего, конечно, мало! И долго пришлось бы искать такого чудака, который своей возлюбленной вместо духов решился бы преподнести… кусок каменного угля. Правда, в Париже была мода на бусы из… антрацита. Не нашлось бы, пожалуй, и врача, рекомендовавшего своим пациентам вместо лекарств натуральную нефть.
Однако и черный, невзрачный, тускло поблескивающий в солнечных лучах кусок каменного угля, и пестрый букет цветов, и нефть — все они содержат углерод, без которого невозможно существование ни медикаментов, ни большинства взрывчатых веществ, ни огромного множества так называемых органических соединений, из которых в свою очередь состоят организмы человека, животных и растений.
Углерод — единственный из элементов, способный только с одним водородом давать бесчисленное множество соединений. Это объясняется своеобразием химического строения атомов углерода. В отличие от большинства других элементов атомы углерода способны химически соединяться между собой, образуя при этом то прямые, то разветвленные цепочки, то замкнутые, кольцеобразные молекулярные структуры. Число атомов углерода в таких соединениях колеблется от единиц до многих десятков и даже сотен. Если учесть, что свободные валентности (атом углерода четырехвалентен), помимо водорода, могут быть насыщены атомами или группами атомов других элементов, то число возможных соединений углерода становится буквально неисчислимым.
И если число минералов, т. е. природных неорганических соединений, достигает 3 тыс., а из всех, кроме углерода, элементов, вместе взятых, усилиями химиков получено около 50 тыс. соединений, то число соединений, содержащих углерод, уже сейчас составляет не менее 2 млн.
Благодаря способности углерода давать огромное количество различных соединений возникло все богатство и разнообразие видов растений и животных. Достаточно указать, что одних только видов насекомых некоторыми исследователями насчитывается не менее 2–3 млн. Общее число видов растений на земном шаре близко к 500 тыс., число видов позвоночных превышает 57 тыс.
Однако углерод не определяет основной массы живого вещества и составляет в среднем не более 10 % ее веса. Но и при такой величине общее количество углерода, содержащегося в живом веществе, по данным академика В. И. Вернадского, составляет 100 000 млрд. т. Такое же количество углерода находится в океанах и морях земного шара. 20 000 млрд. т углерода содержится в каменном угле. 2000 млрд. т углерода «висит» в атмосфере, где углерод находится в виде углекислого газа. Больше всего углерода входит в состав известняков, мела, мрамора — тех видов углеродных соединений, из которых сложены некоторые горы и горные хребты.
Все виды соединений углерода в природе так или иначе связаны с живым веществом. И даже огромные количества известняков, мрамора и мела, в которых количество углерода в тоннах выражается цифрой 3 с шестнадцатью нулями, обязаны своим происхождением живому веществу. Микроскопические организмы — корненожки, в несметных количествах жившие в теплых водах первобытных морей, строили свои скелеты из карбоната кальция. После смерти корненожек скелеты их падали на дно, где, скапливаясь и уплотняясь в течение миллионов лет, образовали пласты известняков. Площадь, занимаемая обнаженными и погребенными углекислыми породами (известняками, мелом, мрамором и др.), составляет на всем земном шаре 40 000 000 км2.