Занимательная геохимия. Химия земли: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Снова воды растворяют его, снова начинают странствовать в земной коре его шарообразные ионы в сложных водных растворах, то образуя так называемые жесткие, богатые кальцием воды, то выпадая вместе с серой в виде гипса, то кристаллизуясь в дивные сталактиты и сталагмиты — сложные фантастические образования известковых пещер.

Потом начинается последний этап истории странствований атомов кальция: им завладевает человек. Он не только использует мраморы и известняки в чистом виде, но в больших печах цементных заводов и известковых обжигательных печах он, освобождая кальций от власти углекислоты, создает грандиозные количества цемента и извести, без которых не было бы нашей промышленности.

В самых сложных процессах органической и неорганической химии — всюду кальций играет огромную роль, определяя собой ход процессов в лабораториях химиков, технологов и металлургов. Но и этого человеку сейчас мало. Кальция слишком много вокруг нас; можно использовать этот устойчивый атом еще для более тонких химических реакций; человек затрачивает на него десятки тысяч киловатт электрической энергии; он освобождает атомы кальция в известняке не только от углекислоты, — он разрывает его связь с кислородом, он выделяет его в чистом виде, в виде блестящего, сверкающего, мягкого, упругого металла, который горит на воздухе, покрываясь белой пленкой все той же извести.

И именно это стремление к соединению с кислородом, именно эту тесную и прочную связь, которая устанавливается между атомами металла кальция и атомами кислорода, и использует человек. Он вносит металлические атомы кальция в расплав железа и, вместо различных других сложных раскислителей, отказавшись от целого ряда методов очистки чугуна и стали от вредных газов, он заставляет проделать эту работу металлические атомы кальция, внося их в мартеновские и доменные печи.

Так снова начинается путь миграции этого атома; и недолго сверкают его металлические частицы, — опять они превращаются в сложные кислородные соединения, более устойчивые на поверхности нашей Земли.

Вы видите, что история атомов кальция гораздо более сложна, чем мы это думаем; что трудно найти другой химический элемент, который проходил бы столь сложные пути в мировом пространстве и определял бы более важные моменты в истории зарождения наших миров и в нашей промышленной жизни.

Не нужно забывать, что кальций — один из самых энергичных и подвижных атомов мироздания, что безграничны возможности его сочетания в кристаллические постройки мира, что еще много новых открытий сделает человек, сумев использовать эти подвижные маленькие шарики для создания новых, может быть невиданных по прочности, материалов для строительства и промышленности. Но для этого нужно еще много работать, нужно вдумываться в природу этого атома. Чтобы быть хорошим геохимиком, надо быть вдумчивым химиком и физиком и надо быть знатоком геологии. Надо владеть всеми этими науками — химией, физикой, геологией, геохимией, чтобы быть хорошим технологом и понимать те новые пути промышленности, которые приведут к блестящим победам над природой, к широкому использованию самых распространенных элементов Земли!

Калий — основа жизни растений

Калий — характерный щелочной элемент, занимающий довольно низкое место в менделеевской таблице, в первой ее группе. Это типичный нечетный элемент, так как характерные его показатели нечетны: порядковый номер, то есть число электронов, из которых слагается электронная оболочка, — 19, атомный вес — 39. Он образует прочные связи лишь с одним атомом галоида, например хлора; как мы говорим, его валентность равна единице. Как нечетный элемент калий вместе с тем характеризуется значительной величиной своих заряженных частиц шарообразной формы, а это, вместе с его нечетностью, вызывает постоянное стремление к странствованию, особую подвижность его заряженных электрических клубков.

Неудивительно поэтому, что вся история калия в земле связана, так же как и судьба его друга натрия, с исключительной подвижностью и сложными превращениями. Свыше ста минералов образует он в земной коре и входит в небольшом количестве в состав еще сотни других минеральных видов. Его среднее содержание в земной коре приближается к 2,5 %. Это цифра большая, и она показывает, что калий вместе с натрием и кальцием принадлежит к элементам, преобладающим в окружающей нас природе.

В сложном геологическом прошлом нашей планеты история калия очень интересна. Она изучена детально, и мы можем сейчас нарисовать все те пути, которые проходят атомы калия, пока они снова не вернутся к началу своих странствований, завершив свой сложный жизненный круговорот.

Когда застывают в глубинах расплавленные магмы и отдельные элементы распределяются в них по своей подвижности, своей способности к странствованию, к образованию летучих газов или подвижных легкосплавных частиц, — калий принадлежит к последним. Он не выпадает в тех первых кристаллах, которые раньше других образуются в глубинах нашей Земли; мы почти не встречаем его в зеленых оливиновых глубинных породах, из которых сложены сплошные пояса земных недр. Даже в базальтовых массах, которые подстилают океаны, калия мы встречаем не больше чем 0,3 %.

В ходе сложной кристаллизации расплавленных магм в верхних их частях накапливаются более подвижные атомы Земли; здесь больше мелких, сильно заряженных ионов кремния и алюминия; здесь много нечетных атомов калия и натрия и летучих соединений воды. Из этих расплавленных остатков образуются те горные породы, которые мы называем гранитами. Они покрывают громадные участки земной поверхности, представляя собой плавающие на базальтах материки.

Граниты застывают в глубинах земной коры, и калий накапливается в них в количестве почти 2 %, входя главным образом в состав минерала, который мы называем полевым шпатом — ортоклазом. Калий входит также в состав хорошо нам известных слюд, черных и белых; в иных местах он накапливается в еще большем количестве, образуя крупные кристаллы белого минерала — лейцита, которого особенно много в богатых калием лавах Италии, где он и добывается для получения калия и алюминия.

Таким образом, колыбелью атомов калия на Земле являются граниты и кислые лавы изверженных горных пород.

Мы знаем, как на поверхности Земли они разрушаются водой, воздухом, той угольной кислотой, которой насыщены атмосфера и вода, как внедряются в них корни растений, разъедая отдельные минералы выделяемыми ими кислотами.

Тем, кто бывал в окрестностях Ленинграда, приходилось видеть, как легко разрушаются граниты на выходах и в валунах, как выветриваются их минералы, тускнеет порода и чистые кварцевые пески в виде дюн накапливаются как остатки от некогда мощных гранитных массивов. Разрушается при этом и полевой шпат. Вода и углекислота земной поверхности извлекают из него атомы натрия и калия, оставляя своеобразный скелет листоватого минерала и образуя сложные породы, которые мы называем глиной.

С этого момента начинаются новые пути странствования наших двух друзей — калия и натрия. Впрочем, они друзья только до этого момента, ибо после разрушения гранита у каждого из них начинается своя собственная жизнь. Натрий легко вымывается водами; его ионы не задерживаются среди образовавшихся глинистых осадков. Они выносятся ручьями и реками в большие моря и там образуют тот хлористый натрий, который мы называем поваренной солью и который является главным исходным сырьем нашей химической промышленности.

Но судьба калия иная. В морских водах мы находим его лишь в небольших количествах. В самих породах натрия и калия содержится примерно одно и то же число атомов, но из тысячи атомов калия только два доходят до морских бассейнов, а 998 остаются поглощенными в почвенном покрове, в илах, в осадках морских бассейнов, болот и рек. Почва поглощает калий, и в этом ее чудодейственная сила.

Известный русский почвовед академик К. К. Гедройц первый разгадал геохимическую природу почвы. Он нашел в ней те частицы, которые задерживают различные металлы, в особенности калий, и доказал, что плодородие почвы во многом зависит от атомов калия, которые связаны в ней так легко и так свободно, что каждая клетка растения может эти атомы поглощать и использовать для своей жизни. И вот, поглощая эти плохо закрепленные, как бы свободно висящие на ниточках атомы калия, растение создает свои ростки.

Исследования показали, что калий вместе с натрием и кальцием легко извлекаются корнями растений.

Без калия растение жить не может. Мы еще не знаем точно, почему это так и какую роль играет калий в растительном организме, но опыты показали, что без калия растения вянут и гибнут.

Впрочем, не только растениям необходим калий, — он входит как существенная часть также и в животные организмы. Так, например, в мышцах человека калий преобладает над натрием. Особенно много калия в мозгу, печени, в сердце и почках. Можно отметить, что калий особенно важен в период роста и развития организма. У взрослого человека потребность в калии значительно уменьшается.

Один из циклов своей миграции калий начинает из почвы. Он извлекается из нее корнями растений, накапливается в их отмерших остатках, переходит частично в организм животного или человека и с перегноем вновь возвращается в почву, из которой его извлекла живая клетка,

Большая часть калия проходит именно этот путь, но отдельным атомам удается достигнуть больших океанов и вместе с другими солями обусловить соленость морской воды, хотя в ней все же атомов натрия в сорок раз больше, чем калия.

Здесь начинается второй цикл странствования атомов калия.

Когда большие области океанов начинают высыхать под влиянием движений земной коры, от них отделяются или мелководные моря, или отдельные озера, лиманы, лагуны, заливы, — образуются соляные озера вроде Сакского озера или озер у Евпатории на побережье Черного моря. В жаркие летние месяцы испарение воды оказывается настолько сильным, что соль из воды выпадает, выбрасывается волнами на берег и иногда накапливается на дне совершенно высохших озер в виде сверкающей белой пелены. При этом разные соли выпадают в определенной последовательности: сначала на дне кристаллизуется углекислый кальций, потом гипс (сернокислый кальций), затем хлористый натрий, то есть поваренная соль. В бассейне остается необычайно насыщенный солями рассол, который у нас на юге называется «рапой» и в котором содержатся десятки процентов различных солей и особенно солей калия и магния.

Оказывается, что калий еще более подвижен, чем натрий; проявляются свойства его больших шаровых атомов, и он продолжает свои странствования, пока еще более горячее дыхание солнца до конца не выпарит чаши озер и пока на поверхности соляных месторождений не выпадут белые и красные калиевые соли, — так образуются калиевые месторождения.

В земной коре возникают иногда крупнейшие скопления калиевых солей, которые так нужны человеку для промышленности. Здесь уже не таинственные силы почвы, не растения определяют пути калия, не солнце южных стран накапливает его на берегах соляных озер, — здесь в промышленности сам человек является агентом нового, громадного цикла странствования его атомов.

Около ста лет тому назад один из крупнейших химиков — Юстус Либих, — наблюдая роль калия и фосфора в растениях, сказал крылатые слова: «Без этих двух элементов не может быть плодородия наших полей». Ему пришла тогда в голову фантастическая для тех времен мысль, что нужно удобрять поля, нужно искусственно вносить в них разные соли, — калий, азот, фосфор — рассчитав, сколько их нужно для того, чтобы растение могло их использовать.