Читать книгу «Рассказы о металлах» онлайн.
Так писал несколько десятилетий назад крупнейший советский ученый академик А. Е. Ферсман, уже тогда сумевший по достоинству оценить значение бериллия.
Да, бериллий - это металл будущего. И в то же время в Периодической системе найдется немного элементов, история которых, подобно истории бериллия, уходит в далекое-далекое прошлое.
...Свыше двух тысячелетий назад в безводной пустыне Нубии, где находились знаменитые изумрудные копи царицы Клеопатры, рабы добывали чудесные кристаллы зеленого камня. Караваны верблюдов доставляли изумруды к берегам Красного моря, а оттуда они попадали во дворцы властителей стран Европы, Ближнего и Дальнего Востока - византийских императоров, персидских шахов, китайских богдыханов, индийских раджей.
Великолепным блеском, чистотой окраски, красотой игры - то густозеленый, почти темный, то сверкающий ослепительной зеленью - изумруд во все времена пленял человека. Римский император Нерон любил смотреть через большой кристалл изумруда на бои гладиаторов. «Он зелен, чист, весел и нежен, как трава весенняя...» - писал об изумруде А. И. Куприн.
С открытием Америки в историю зеленого камня была вписана новая страница. В могилах и храмах Мексики, Перу, Колумбии испанцы обнаружили громадные количества крупных темно-зеленых изумрудов. За несколько лет испанцы разграбили эти сказочные богатства. Найти же место, где добывался чудесный самоцвет, им долго не удавалось. И только в середине XVI столетия завоеватели Америки сумели, наконец, овладеть тайной инков и проникнуть к сокровищам изумрудных копей Колумбии.
Редкий по красоте колумбийский изумруд царил в ювелирном деле до XIX века. В 1831 году уральский смолокур Максим Кожевников, собирая валежник в лесу близ небольшой речушки Токовой, нашел первый русский изумруд. Крупные ярко-зеленые изумруды Урала быстро получили признание ювелиров всего мира.
В 1834 году на одном из уральских приисков был найден громадный красивый изумруд весом 2 килограмма 226 граммов. Будучи не в силах расстаться со сказочным камнем, «командир» Екатеринбургской гранильной фабрики Каковин не стал афишировать это событие, а постарался понадежнее спрятать изумруд. Но, видимо, слухи об уникальной находке дошли до Петербурга. Во всяком случае оттуда неожиданно нагрянула ревизия. Камень нашли и увезли в столицу, а «командира» посадили в тюрьму, где он покончил жизнь самоубийством.(Следует отметить, что последние работы историков говорят о непричастности Каковина к попыткам утаить изумруд).
В Петербурге камень также не попал в государственную казну. Сначала он «погостил» у графа Перовского, затем перекочевал к князю Кочубею. В 1905 году, после разгрома имения Кочубеев, изумруд оказался в Вене, где его за большие деньги приобрело русское правительство. Сейчас чудо-камень украшает коллекцию Минералогического музея Академии наук СССР в Москве.
Изумруд - один из многих минералов бериллия. Голубовато-зеленый, цвета морской воды аквамарин и вишнево-розовый воробьевит, винножелтый гелиодор и желтовато-зеленый берилл, чистейшей воды фенакит и нежный синий эвклаз, прозрачный зеленый хризоберилл и его удивительная разновидность александрит - густо-зеленый днем и малиновый при искусственном освещении («зеленое утро и кровавый вечер» - образно описал его Н. С. Лесков) - вот лишь некоторые, но, пожалуй, наиболее именитые представители семейства бериллиевых самоцветов.
В последнее время в печати довольно часто стали появляться сообщения о поиске полезных ископаемых с помощью... собак. Умение наших четвероногих друзей находить что-либо по запаху известно с древности. Но каковы их «геологические способности»? Какие минералы могут отыскать лохматые «рудознатцы»? «Ответить на этот вопрос нам помогла коллекция Минералогического музея Академии наук СССР, - рассказывает доктор биологических наук Г. А. Васильев - инициатор нового направления в разведке спрятанных в земле природных кладов. - Особенно эффективным оказался опыт с металлическим бериллием: понюхав его, собака по кличке Джильда затем из множества минералов выбрала изумруд, аквамарин, воробьевит, фенакит, бертрандит, т. е. все то и только то, что содержит бериллий. Разложив все бериллийсодержащие минералы среди других образцов и дав их выбрать собаке, мы снова просили собаку искать. Тогда Джильда шла по музею, ложилась грудью на витрину, где находился огромный изумруд, и лаяла».
Из всех бериллиевых минералов промышленное значение имеет лишь берилл. В природе встречаются кристаллы-гиганты берилла: вес их достигает десятков, сотен и даже тысяч килограммов. Длина наиболее крупного из найденных кристаллов - около 9 метров.
В Горном музее в Ленинграде есть интересный экспонат - полутораметровый кристалл берилла. В блокадную зиму 1942 года вражеский снаряд пробил крышу здания и разорвался в главном зале. Осколки серьезно повредили кристалл, и казалось, что ему уже не найдется места в экспозиции музея. Но несколько лет назад после кропотливой ювелирной работы художников-реставраторов камень был восстановлен в первоначальном виде. Сейчас о пережитой им операции напоминают лишь два поржавевших снарядных осколка, вмурованных в пластину из органического стекла, да пояснительная табличка, рассказывающая об этом экспонате.
Не удивительно, что бериллиевые камни-самоцветы издавна привлекали внимание не только любителей драгоценностей, но и химиков.
В XVIII веке, когда науке еще не был известен элемент, находящийся сейчас в Периодической системе под номером 4, многие ученые пытались анализировать берилл, однако никто не смог обнаружить содержащийся в нем новый металл. Он словно прятался за спину алюминия и его соединений - свойства этих элементов были поразительно схожими. Но различия все же были. И первым, кому удалось их заметить, был французский химик Луи Никола Воклен. 26 плювиоза VI года революционного календаря
(т. е. 15 февраля 1798 года) на заседании французской Академии наук Воклен сделал сенсационное сообщение о том, что в берилле и изумруде содержится новая «земля», отличная по своим свойствам от глинозема, или окиси алюминия.
Открытый элемент Воклен предложил назвать «глицинием» из-за сладковатого привкуса его солей (по-гречески «гликос» - сладкий). Сейчас это название сохранилось лишь во Франции, а в других странах за элементом закрепилось имя «бериллий», которое было предложено известными химиками М. Клапротом и А. Экебергом.
Сходство бериллия и алюминия доставило немало хлопот создателю Периодической системы элементов Д. И. Менделееву. Дело в том, что в середине XIX века бериллий именно из-за этого сходства считался трехвалентным металлом с атомным весом 13,5 и, следовательно, должен был занимать в таблице место между углеродом и азотом. Это вносило явную путаницу в закономерное изменение свойств элементов и ставило под сомнение правильность Периодического закона. Менделеев, убежденный в своей правоте, считал, что атомный вес бериллия определен неверно, что элемент должен быть не трехвалентным, а двухвалентным с магнезиальными свойствами. На основании этого он поместил бериллий во вторую группу, исправив его атомный вес на 9. Вскоре это вынуждены были подтвердить шведские химики Л. Нильсон и О. Петерсон, которые ранее были твердо убеждены в трехвалентности бериллия. Их тщательные исследования показали, что атомный вес этого элемента равен 9,1. Так, благодаря бериллию - «возмутителю спокойствия» в Периодической системе - восторжествовал один из важнейших химических законов.
Судьба этого элемента во многом сходна с судьбами его собратьев-металлов. В свободном виде он был выделен в 1828 году Ф. Вёлером и А. Бюсси, но лишь спустя семь десятилетий француз П. Лебо электролизом расплавленных солей смог получить чистый металлический бериллий. Не мудрено, что еще в начале нашего века химические справочники безапеляционно обвиняли бериллий в «тунеядстве»: «Практического применения не имеет».
Бурное развитие науки и техники, которым ознаменовался XX век, заставило химиков пересмотреть этот явно несправедливый приговор. Изуче, ие чистого бериллия показало, что он обладает’-многими ценными свойствами.
Один из самых легких металлов, бериллий характеризуется в то же время значительной прочностью, большей чем у конструкционных сталей. Наряду с этим он отличается значительно более высокой температурой плавления, чем магний и алюминий. Такое удачное сочетание свойств делает бериллий сегодня одним из основных авиационных материалов. Детали самолета, изготовленные из бериллия, в полтора раза легче, чем алюминиевые.
Отличная теплопроводность, высокая теплоемкость и жаропрочность дают возможность использовать бериллий и его соединения в космической технике в качестве теплозащитного материала. По сообщениям американской печати, из бериллия были выполнены носовой корпус и днище кабины космического корабля «Фрэндшип-7», на котором Джон Глен совершил свой орбитальный полет.
Бериллиевые детали, сохраняющие высокую точность и стабильность размеров, используются в гироскопах - приборах, входящих в систему ориентации и стабилизации ракет, космических кораблей и искусственных спутников земли.
Для космической техники перспективно еще одно свойство бериллия: при его горении выделяется огромное количество тепла - 15 ООО килокалорий на 1 килограмм. Поэтому он может служить компонентом высокоэнергетического ракетного горючего в полетах на Луну и другие небесные тела.
Широкое применение в авиации находят сплавы меди с бериллием - бериллиевые бронзы. Из них изготавливают многие изделия, от которых требуются большая прочность, хорошая сопротивляемость усталости и коррозии, сохранение упругости в значительном интервале температур, высокая электро- и теплопроводность. Подсчитано, что в современном тяжелом самолете свыше тысячи деталей сделано из этих сплавов. Благодаря своим упругим свойствам бериллиевая бронза служит прекрасным пружинным материалом. Пружины из такой бронзы практически не знают усталости: они способны выдерживать до 20 миллионов циклов нагрузки!
Кстати, именно с пружинами связан любопытный эпизод из истории второй мировой войны. Гитлеровская промышленность была отрезана от основных источников бериллиевого сырья. Мировая добыча этого ценного стратегического металла практически полностью находилась в руках США. И немцы пошли на хитрость. Они решили использовать нейтральную
Швейцарию для контрабандного ввоза бериллиевой бронзы: американские фирмы получили от швейцарских «часовщиков» заказ на такое ее количество, которого хватило бы на часовые пружины всему миру лет на пятьсот вперед.
Хитрость, правда, была разгадана, и этот заказ остался невыполненным. Но все же время от времени в новейших марках скорострельных авиационных пулеметов, поступавших на вооружение фашистской армии, появлялись пружины из бериллиевой бронзы.
Усталость - одно из «профессиональных заболеваний» многих металлов и сплавов, которые, не выдерживая переменных нагрузок, постепенно разрушаются. Добавка же в сталь даже небольшого количества бериллия «как рукой снимает» усталость. Если автомобильные рессоры из обычной углеродистой стали ломались уже после 800 - 850 тысяч толчков, то после введения в сталь «витамина Ве» рессоры выдерживали 14 миллионов толчков, не обнаруживая и следов усталости.
В отличие от стали, бериллиевая бронза не искрится при ударе о камень или металл, поэтому ее широко используют для изготовления инструмента, применяемого на взрывоопасных работах - в шахтах, на пороховых заводах, нефтебазах.
Бериллий существенно влияет на свойства магния. Так, присадка лишь 0,01% бериллия предотвращает возгорание магниевых сплавов при плавке и разливке (т. е. примерно при 700°С). Резко уменьшается при этом и коррозия сплавов - как на воздухе, так и в воде.