От водорода до …?
Шрифт:
Одна из областей человеческого знания считает тантал совершенно незаменимым. Это — хирургия. В противоположность другим металлам тантал обладает замечательным свойством: вшитый в живые ткани (мышцы, кости), он совершенно не раздражает их. И это ценное свойство тантала используется в восстановительной хирургии. В виде тонких пластинок, проволоки, шурупов, гвоздей он находит себе применение в костной и пластической хирургии для скрепления обломов костей, закрывания отверстий в костях черепа и т. д. В экспериментальной хирургии с помощью тантала решаются смелые хирургические проблемы, еще недавно считавшиеся областью мечты и фантазии.
Важным сырьем для получения тантала и ниобия служат колумбитоносные граниты, залежи которых особенно велики в районе Плато Джос (Северная Нигерия). Соединенные Штаты Америки вывозят из Нигерии обогащенную руду и накапливают концентраты, ибо считают тантал важнейшим стратегическим металлом. По этому поводу один из американских
Самый тугоплавкий металл
Температура нити электрической лампочки превышает 2500 °C. Большинство металлов при такой температуре плавится, некоторые же кипят и быстро испаряются. В данном случае выручает вольфрам — самый тугоплавкий из всех металлов. Температура плавления вольфрама достигает 3410 °C. Трудно переоценить значение вольфрама в производстве электрических ламп, особенно если учесть, что в мире ежегодно изготавливают несколько миллиардов электрических лампочек. Несколько миллиардов! Чтобы составить себе представление о грандиозности этих цифр, достаточно сказать, что, например, миллиард минут составляет более 19 столетий. И только 61 год назад, 29 апреля 1902 г., в 10 часов 40 минут, человечество начало считать второй миллиард минут с первого дня нашего летосчисления.
В изломе куска чугуна или стали можно различить отдельные кристаллы. Иногда они крупные и видимы простым глазом, чаще — мелкие, различимые с помощью лупы или только под микроскопом. Но всегда таких кристаллов множество и, как говорят в таких случаях, кусок металла имеет поликристаллическую структуру. Совсем иначе выглядит волосок электролампы: прежде всего — это один кристалл, или, как говорят в технике, монокристалл (от греческого «монос» — один). Много усилий потратили исследователи, пока нашли условия, при которых из вольфрамового порошка можно получить монокристалл в виде проволочки большой длины. Если учесть, что температура плавления вольфрама равна 3410 °C, можно представить, как трудно его получить в чистом виде. В этом состоит, главным образом, объяснение тому, что вольфрам, открытый еще в 1781 г. и выделенный с примесями в 1783 г. Дон-Фаусто-Дель-Гюаром, был получен в чистом виде лишь через 67 лет.
Вольфрам растворяется лишь в смеси двух кислот: плавиковой и азотной. В «царской водке» происходит лишь медленное окисление вольфрама с поверхности.
Так, волосок электролампы — это монокристалл вольфрама толщиной всего в несколько сотых долей миллиметра. Работа широко используемого в наши дни кенотронного выпрямителя также невозможна без вольфрама. Электроды кенотрона, спираль и пластинка изготовляются из вольфрама. Из вольфрама же делают и антикатоды мощных рентгеновских трубок.
При случае осмотрите контакты прерывателя на магнето, установленном в моторе трактора. В тех местах, где сотни раз в секунду вспыхивает и гаснет электрическая искра, — на контактах прерывателей — укреплена тоненькая табличка из вольфрама. При использовании любого другого материала двигатель не мог бы долго работать: контакты будут «пригорать», окисляться, и продукты окисления надо убирать, счищать. Хорошо, если зачистку контактов можно осуществить на земле, а как быть, например, в воздухе, если откажет мотор самолета? Вольфрам и здесь оказывается незаменимым.
По всей нашей стране известны имена прославленных новаторов производства: Семинского — токаря одного из киевских заводов, москвича Быкова и многих других. Выдающиеся успехи в обработке металлов, достигнутые этими замечательными людьми, стали возможны благодаря присутствию вольфрама в токарном резце. Знатный токарь одного из машиностроительных заводов Колесов разработал собственную конструкцию резцов для токарного станка, позволяющих обрабатывать детали с такой скоростью, что резец нагревается до красного каления. Можно без преувеличения сказать, что достижение успеха объясняется присутствием вольфрама в острие резца. Еще в годы первых пятилеток в нашей стране были разработаны методы получения так называемых сверхтвердых сплавов — победита, стеллита, «ВК» и др. Эти сверхтвердые сплавы используются для производства пластинок, которые припаиваются к резцу. Собственно, эта напайка и является рабочей частью режущего инструмента. Хотя название «сверхтвердые сплавы» широко распространено в технической литературе, оно не отвечает природе этих материалов. Так называемые сверхтвердые сплавы представляют собой смесь порошков карбидов, сцементированных кобальтом. К тому же получают эти «сплавы» не сплавлением, а, как уже упоминалось, спеканием. Обязательной составной частью сверхтвердых материалов являются карбиды вольфрама. Такие сплавы содержат 78–88 % вольфрама, 6–15 % кобальта и 5–6 % углерода. Допуская огромные скорости обработки металла, они не теряют твердости даже при нагревании до 1000 °C. Аналогичный «сверхтвердый сплав» называется «видиа» — от сокращенного слова: «ви диамант» — «как алмаз». В известной мере такое сравнение законно: пластинки для резцов успешно заменяют роль алмаза в коронках для бурения нефтяных и газовых скважин. По твердости «победит» приближается к алмазу, но выгодно отличается от него меньшей хрупкостью и большей дешевизной. Много вольфрама используется для получения высокопроцентного сплава вольфрама (50–80 %) с железом — ферровольфрама, расходуемого для разнообразных нужд металлургической промышленности.
В буквальном переводе название «вольфрам» означает «волчья пасть». Происхождение названия связано со следующим явлением. Если в оловянной руде находятся соединения, содержащие вольфрам, количество получаемого олова значительно уменьшается. Вольфрам «съедает» олово, как волк овцу.
Минералы, содержащие вольфрам, имеют большой вес. По этой причине один из таких минералов получил название «тунгстен» — «тяжелый камень». Во Франции и Англии этим названием обозначается и сам вольфрам.
Мировая добыча вольфрама возрастает с каждым годом.
Находка в «пустой» земле
В 1929 г. английская фирма обратилась к директору далекого сибирского завода с предложением заключить необычное торговое соглашение. Фирма просила продать ей пустую породу — отбросы производства этого завода цветных металлов, из которой, казалось, все уже полностью «выжали». Фирму не смущало расстояние. Десятки тысяч тонн «пустой» земли нужно было провозить через половину Азии и всю Европу. Повышенный интерес к отбросам заставил насторожиться. Лучшим химикам завода было дано задание произвести анализ «пустой породы» на присутствие в ней редких элементов. Анализы были произведены, и химики нашли в ней редкий металл, который всего четыре года тому назад был обнаружен германскими химиками, супругами И. и В. Ноддак. В честь реки Рейн (от латинского названия «ренус») и одноименной провинции открытый металл назвали рением.
Между прочим, известный чешский ученый И. Друце, почетный член Академии наук Чехословакии, в монографии, посвященной истории открытия, химическим свойствам и применению металлического рения, считает, что утвердившееся мнение о бесспорности приоритета в открытии рения Вальтера Ноддака и Иды Ноддак (Таке) не имеет под собой прочной основы. Дело в том, что совершенно независимо от них, открывших рений в молибдените, И. Друце совместно с Ф. Лорингом выделили рений из пиролюзита. Причем И. Друце считает, что вместе с ними честь открытия рения должны разделить также чешские ученые Я. Гейровский и В. Долейжек. Они установили наличие следов рения в неочищенных марганцевых препаратах с помощью изобретенного Я. Гейровским полярографа. В. Долейжек подтвердил наличие нового элемента рентгенографическими исследованиями. Наряду с этим И. Друце отмечает, что задолго до работ супругов Ноддак, Друце и Гейровского русские исследователи Герман (в 1846 г.) и С. Керн (в 1877 г.) установили существование нового элемента, обладавшего свойствами, которые затем были описаны у рения. Герман назвал этот элемент ильмением, а С. Керн в честь знаменитого английского химика Дэви — девием. Следует отметить то обстоятельство, что, хотя открытие русских ученых было незаслуженно забыто, качественная реакция на рений (через роданидовый комплекс), открытая С. Керном, используется в аналитической химии до настоящего времени. Несомненное существование рения было предсказано (1871 г.) Д. И. Менделеевым под именем двимарганца (от санскритского «дви» — два; экамарганцем оказался технеций).
Рений — один из самых тяжелых (плотность 21,0) и тугоплавких (3170 °C) металлов, по внешнему виду напоминающий платину. Свойства рения оказались чрезвычайно ценными для электротехнической промышленности. Так, например, при нагревании до 1500 °C он почти не соединяется с кислородом и не распыляется. На чистый рений не действуют соляная, серная и плавиковая кислоты. Даже при кипячении в этих кислотах рений не растворяется. Незаменимость металлического рения для нитей электроламп, большая долговечность по сравнению с вольфрамовыми нитями были причиной повышенного интереса английской фирмы к отвалам сибирского завода, содержащим рений. Единственное препятствие для широкого применения рения представляет трудность его получения. Достаточно указать, что в минералах, содержащих рений, например в молибденитах, самых богатых по содержанию рения, количество его не превышает нескольких граммов на тонну руды. К тому же чистый минерал молибденит почти на 80–90 % всегда разбавлен пустой породой. Вот и подсчитайте, сколько нужно переработать руды, содержащей рений, чтобы получить 1 г металла.