От водорода до …?
Шрифт:
Производство рения особенно широко стало развертываться с 1929 г. в Германии. В 1930 г. мировое производство рения составляло всего … 3 г. А через 10 лет, в 1910 г., в Германии уже было выработано 200 кг. Правда это тоже сравнительно скромная цифра: ведь золота, например, добывают больше тысячи тонн в год. Добыча подобных распыленных элементов представляет даже при нынешнем уровне знания и при разнообразии приемов достаточно сложную задачу. Как правило, предварительная подготовка сырья состоит в обогащении методом флотации. Используя образное сравнение, процесс флотации можно описать так: в толпе зрителей (пустая порода) находится один воздухоплаватель (минерал), который должен отделиться от толпы. Роль воздушного шара для полета играет пузырек воздуха с оболочкой из масла (флотареагент). Регулятором процесса является погода (характер
Являясь прекрасным материалом для изготовления термопар (часть прибора для измерения температур), электродов, кончиков перьев авторучек, опорных игл компасных стрелок и других деталей, где высокая устойчивость должна сочетаться с большой твердостью и наименьшей изнашиваемостью, рений из-за высокой стоимости и ограниченности сырья для его получения используется все еще в небольших масштабах.
Приходится сожалеть, что природа так бедна рением, на долю которого приходится всего лишь несколько миллиардных долей процента (9 · 10–9) от общего числа атомов земной коры.
Металл-тяжеловес
Попробуйте подсчитать, какой путь совершает кончик пера автоматической ручки при движении по бумаге только в пределах одной тетради в 12 листов. Пусть это будет зависеть от величины букв, манеры письма, в общем от почерка; в среднем он составляет 150–250 м. Четверть километра — путь немалый! Теперь представьте, сколько трения на этом пути выдерживает кончик пера: ведь идет непрерывная шлифовка пера о бумагу. Правда, бумага не наждак, не кварцевый песок и даже не тертый кирпич, но путь большой и нагрузка изрядная. Значит, от кончика пера требуется тоже исключительная твердость. Необходимой твердостью обладает не всякий металл и не всякий сплав. Особенно пригоден для этой цели сплав осмия с иридием.
Замечательной особенностью осмия является его вес. Осмий — самый тяжелый металл на Земле. Плотность осмия составляет 22,6, т. е. он в два раза тяжелее свинца и почти в три раза тяжелее железа.
Чистый осмий — синевато-серый, тугоплавкий (2700 °C), твердый, но хрупкий металл. Хрупкость осмия так велика, что его можно истолочь в порошок в железной ступке, причем порошок имеет сине-черный цвет, а не серовато-светлый, как у большинства металлов. Необычные свойства порошка осмия состоят также в том, что на воздухе он, хотя и медленно, но уже при обычной температуре соединяется с кислородом, причем один атом осмия присоединяет четыре атома кислорода, т. е. осмий проявляет самую высокую валентность, равную восьми, образуя четырехокись осмия.
Окисел восьмивалентного осмия плавится при 48°, а при 130 °C — кипит с образованием пара, сильно раздражающего слизистые оболочки. Пары четырехокиси осмия особенно опасные для глаз, могут вызвать слепоту. Они имеют специфический запах. Некоторые исследователи сравнивают его с запахом гнилой редьки.
За своеобразный запах четырехокиси элемент и получил свое название «осмий» от греческого слова «осмэ», что значит «запах», «пахнущий». Интересна замечательная особенность четырехокиси осмия — большая растворимость в органических жидкостях по сравнению с водой. В стакане воды растворяется всего только 14 г четырехокиси осмия при комнатной температуре; в стакане четыреххлористого углерода при тех же условиях — более 700 г.
Хотя осмий был открыт в 1803 г., он до настоящего времени не получил достаточно широкого применения. Одно время его использовали для изготовления нитей в электролампах, в медицинской практике, при подготовке микроскопических препаратов, для микроскопических исследований в тканях жировых включений.
Жировые включения, реагируя с водным раствором четырехокиси осмия, приобретают хорошо видимую черную окраску.
Хранитель Парижского меридиана
Иридий почти такой же тяжеловес, как и осмий. Плотность иридия — 22,5, а температура плавления — 2450 °C. Ряд химических свойств сближает иридий с рутением, палладием, осмием и особенно родием. Есть, однако, и некоторые особенности, одна из них сыграла роль в выборе названия элемента при его открытии: соединения иридия имеют яркие и пестрые окраски. За эти окрашенные соединения и получил свое название открытый в 1803 г. английским химиком Теннантом новый элемент иридий («ирис» означает «радуга», «радужный»).
В современной технике, научно-исследовательских и производственных лабораториях очень важное значение приобрели измерения высоких температур. Существуют различные приборы и методы измерения температуры. Об одном из таких приборов, который связан с применением иридия, нам и хочется рассказать.
Если две проволочки из разных металлов спаять на водородном пламени и нагреть место спая, то в цепи появится электрический ток. Подобная система из разнородных проводников называется термопарой (от греческого «терме» — теплота и «пара» — вместе, рядом). При данной паре металлов, из которых сделаны проволоки, электродвижущая сила будет тем больше, чем выше температура спая. Подобрав вещества с известной температурой плавления, можно составить систему зависимости между измеряемой температурой и возникающей электродвижущей силой. В сочетании с гальванометром, включенным в цепь, термопара называется термоэлектрическим пирометром (греческое «пир» — огонь, «метрео» — мерю). Понятно, что термопарой из меди и железа нельзя измерять температуры выше точки плавления наиболее легкоплавкого металла, которым в данном случае является медь. А какую же термопару взять, если температура измеряемого объекта больше температуры плавления меди? Чаще всего применяют платину (точнее сплав платины с родием), сплавы иридия с рутением, а также с родием. Возникает вопрос: а почему не взять просто платину и, например, родий. Почему берут вторую проволочку не из чистого металла, а из сплавов? В рассказе о платине мы сообщим о некоторых ее свойствах, а сейчас, забегая вперед, отметим, что платина — металл сравнительно мягкий и пластичный. У иридия характеристика противоположная — он чрезвычайно твердый, но хрупкий. Сплав иридия с платиной обладает средними свойствами: достаточно твердый и нехрупкий; тонкая проволочка из сплава не ломается. Примесь иридия к платине очень сильно увеличивает химическую стойкость ее и, что особенно важно, уменьшая тепловое расширение, сообщает сплаву довольно высокую температуру плавления. Это позволяет применять подобного рода термопары для измерения таких температур, при которых другие приборы менее надежны. С помощью иридия можно точно измерять не только высокие температуры, но и различные расстояния — от самых малых, микроскопических, до самых больших, астрономических.
С помощью иридия устанавливается тождество между принятыми международными мерами длины. В самом деле, линейка, изготовленная во Владивостоке, должна иметь деления такой же длины, как и ее двойник в Риге, Одессе или в любом другом пункте, иначе будет много неприятностей: скажем, изготовят деталь для машины, пользуясь одной линейкой, отправят в другой город и окажется, что у детали не такие размеры, как показывает вторая линейка, с помощью которой были даны размеры для изготовления детали. Согласитесь: были бы крупные неприятности! Значит, деления на линейках должны иметь строго одинаковую величину, должны быть изготовлены по одному образцу. Такой единый образец должен существовать не для одного города или государства, а для всех государств и городов нашей планеты. Такой образец есть! Это так называемый эталон метра, хранящийся в Париже. Длина эталона приблизительно равна одной сорокамиллионной части длины парижского меридиана — линейная единица, введенная во Франции 31 июля 1793 г. Первичный эталон был изготовлен в 1799 г. с пророческой надписью: «Для всех времен, для всех народов». Метр действительно стал самой распространенной на земном шаре мерой длины. Каждое государство по эталону метра готовит свои эталоны и время от времени сверяет их с парижским эталоном.
У нас в стране есть Главная Палата мер и весов. В начале XX в. этим учреждением руководил Д. И. Менделеев, сыгравший большую роль в деле распространения и упрочения метрической системы. В России метр был допущен к применению в необязательном порядке в 1899 г. Декретом СНК РСФСР от 14 сентября 1918 г. метр был введен как обязательная единица измерения.
Государственным эталоном единицы измерения длины в СССР узаконен метр, носящий знак «28» (28-й из 30 точных прототипов международного эталона). Он хранится со всевозможными предосторожностями во Всесоюзном научно-исследовательском институте метрологии имени Д. И. Менделеева, Прототипы эталона изготовляют из сплава, называемого инваром.