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

Надо сказать, что еще Д. И. Менделеев, наш великий химик, столкнулся с неприятными особенностями свойств йода. Менделеев распределил свои элементы в порядке повышения атомных весов, но йод с теллуром нарушили порядок: теллур стоит перед йодом, хотя атомный вес его выше. Так это и осталось до нашего времени. Йод и теллур оказались почти единственными элементами, нарушившими стройность менделеевского закона. Правда, сейчас мы знаем, в чем тут дело, но много лет это оставалось непонятным исключением; и неоднократно критики блестящей теории Менделеева указывали, что он переставляет элементы так, как ему это удобно.

Йод — твердое тело; он образует серые кристаллики с настоящим металлическим блеском. Он похож на металл и просвечивает фиолетовым цветом, но вместе с тем, если мы поместим в стеклянный флакон металлические кристаллики йода, то очень скоро увидим в верхней части флакона фиолетовые пары: йод легко возгоняется, не переходя в жидкое состояние.

Вот вам первое противоречие, которое бросается в глаза, но за ним сейчас же следует второе. Цвет паров темно-фиолетовый, а самого йода — серо-металлический. Соли же йода вообще бесцветны и выглядят, как простая поваренная соль; лишь некоторые из них обладают слегка желтоватым оттенком.

А вот и другие загадки йода. Йод — исключительно редкий элемент: наши геохимики подсчитали, что содержание йода в земной коре всего лишь около одной или двух стотысячных процента; а между тем йод присутствует всюду. Пожалуй, мы можем сказать даже еще точнее: нет ничего в окружающем нас мире, где тончайшие методы анализа в конце концов не открыли бы несколько атомов йода.

Все пронизано йодом: твердая земля и горные породы, даже самые чистые кристаллы прозрачного горного хрусталя пли исландского шпата содержат в себе довольно много атомов йода. Значительно больше его содержится в морской воде, очень много — в почвах, в проточных водах, еще больше в растениях, животных и в человеке. Мы поглощаем йод из воздуха, который весь насыщен его парами; мы вводим йод в свой организм с пищей и водой. Жить без йода мы не можем. И понятными являются вопросы: почему йод везде присутствует, откуда же берется такое большое количество йода, где его первоисточник, из каких глубин земных недр приносится нам этот редкий элемент.

Между тем даже самые точные анализы и наблюдения не могут открыть его таинственный источник, так как ни в глубинных изверженных породах, ни в расплавах излившихся магм мы не знаем ни одного минерала йода. Геохимики так рисуют картину происхождения йода на Земле: когда-то, еще до начала геологической истории Земли, когда наша планета впервые покрывалась твердой корой, летучие пары различных веществ сплошными облаками окутывали еще горячую Землю. Тогда йод вместе с хлором выделился из глубин расплавленных магм нашей планеты, тогда же он был захвачен первыми потоками осевших горячих паров воды, и первые океаны, породившие моря, накопили в себе йод из атмосферы Земли.

Так это или не так, мы сейчас точно не знаем, — мы знаем только то, что и на земной поверхности его распределение полно загадок. В арктических странах, на высоких горах йода меньше, в низинах, у морских берегов количество йода в породах увеличивается, еще больше его в пустынных образованиях, а в солях пустынь Южной Африки или Атакамы в Южной Америке мы встречаем настоящие минеральные соединения йода.

Йод растворен и в воздухе; точный анализ показал, что он распределен там по строго определенному закону: количество его меняется с высотой. В горах Памира и Алтая, на высоте свыше 4000 метров, йода во много раз меньше, чем на уровне Москвы или Казани.

И вместе с тем йод известен нам не только на Земле. Мы находим его в метеоритах, попадающих к нам из неведомых пространств мироздания. В атмосферах Солнца и звезд ученые давно уже ищут его с помощью новых методов, но пока безуспешно. В морской воде йода довольно много: на каждый литр приходится 2 мг, а это уже чувствительная величина. Морская вода сгущается у берегов, в лиманах, в прибрежных озерах, — там накапливаются соли и белой пеленой покрывают плоские берега. Эти скопления солей хорошо нами изучены на берегах Черного моря в Крыму, так же как и в озерах Средней Азии. Но йода в них нет, он куда-то исчезает. По-видимому, какая-то часть йода накапливается на дне в илах, но большая доля его испаряется, уходит в воздух, и лишь малая часть сохраняется в остаточных рассолах. Там же, где скапливаются соли калия и брома, йода почти не оказывается. Но иногда у берегов соленых озер и морей развивается растительность, образуются целые леса различных водорослей, которые покрывают прибрежные камни. В этих водорослях и накапливается йод в результате каких-то непонятных биохимических процессов; и на тонну водорослей приходится несколько килограммов чистого йода. А в некоторых морских губках количество йода еще больше и достигает 8–10 %.

Наши исследователи особенно хорошо изучили берега Тихого океана. На всем громадном пространстве прибрежного района волны прибивают, главным образом осенью, огромное количество водорослей морской капусты — свыше трехсот тысяч тонн в год. Эти бурые водоросли содержат много сотен тысяч килограммов йода. Их собирают, частично используют для пищи, частично осторожно сжигают, извлекая из них йод и поташ.

Но этим не заканчивается история йода в земной коре. Его приносят нам и нефтяные воды. Около Баку образуются целые озера отбросовых вод, из которых сейчас извлекают йод. Его выносят и некоторые вулканы из своих загадочных глубин.

Так разнообразны судьбы этого элемента в истории нашей Земли, что трудно нарисовать себе полную и связную картину жизни и скитаний этого бесконечно странствующего атома природы.

Но вот йод попадает в руки человека, и здесь возникает новая загадка: мы лечим йодом, останавливаем им кровь, убиваем бактерии, охраняем рану от заражения, а между тем йод исключительно ядовит: пары его вызывают раздражение слизистых оболочек. Избыток капель или кристалликов йода может быть смертельным для человека. Но самое удивительное заключается в том, что все же еще хуже для здоровья человека, когда йода мало. Организм человека, а вероятно и ряда животных, должен иметь определенное количество йода. Мы знаем, что недостаток йода в некоторых местностях проявляется в особой болезни, называемой зобом. Этой болезнью страдают обычно жители высокогорных местностей. Мы знаем некоторые аулы, расположенные в высоких горах на Центральном Кавказе и на Памире, в которых широко распространена эта болезнь. Очень хорошо она известна также и в Альпах.

Круговорот йода на Земле

В последнее время американские исследователи установили распространение зоба и на территории Америки. Оказалось, что если составить карту распространения заболеваний зобом и карту процентного содержания йода в воде, то данные карт совпадут друг с другом.

Человеческий организм исключительно чуток к йоду, и понижение его содержания в воздухе и в воде сейчас же отражается на здоровье. Зоб научились лечить, применяя соли йода.

Не менее интересны пути вовлечения йода в промышленность, которые с каждым годом становятся все шире, разнообразнее. С одной стороны, открыты соединения йода с органическими веществами, которые создают непроницаемую броню для прохождения рентгеновских лучей, и вместе с тем эти соединения, введенные в организм, позволяют фотографировать внутренние ткани с особой отчетливостью.

Мы узнали и совсем другие области применения йода, возникшие за последние годы. Особенное значение придается использованию йода в целлюлозной промышленности, где применяются особые соли йода в виде мелких игольчатых кристалликов. Эти игольчатые кристаллики распределяются в целлулоиде так, что колебания светового луча не могут проходить через них во всех направлениях. Получается то, что мы называем поляризованным лучом. Мы много лет строили особые, очень дорогие поляризационные микроскопы, а сейчас благодаря этому новому фильтру-поляроиду изобретены прекрасные лупы, которые заменяют собой микроскоп. С ними можно работать во время экспедиций в поле. Сочетанием двух-трех поляроидов можно добиться яркой окраски рисунка; и мне представляется чудесно освещенное декоративное панно или экран в кино, где вращением двух поляроидов будут достигаться замечательные красочные эффекты, быстро меняющие все цвета солнечного спектра. Когда поляроидная пластинка вставлена в окно автомобиля, вы можете ехать по освещенной улице, и вас не будет ослеплять свет ярких фар мчащейся навстречу машины, так как в поляроиде вы не увидите ярких ореолов горящих огней, а лишь самую машину с отдельной светящейся точкой.

Когда самолет поднимается над затемненным городом и сбрасывает вниз на парашюте сверкающие составы из магния, то поляроидные очки позволяют видеть все, что делается на земле под светящейся ракетой.

Вы видите, как разнообразно и широко применяется этот элемент, сколько неясных проблем, сколько противоречий в судьбе его странствований. Много еще нужно глубоких исследований, чтобы разгадать все его свойства и понять природу этого вездесущего элемента, пронизывающего весь окружающий нас мир. Интересна и история открытия этого элемента. Он был открыт в золе растений в 1811 году фармацевтом Куртуа, имевшим маленький завод, перерабатывавший золу растений в селитру. Открытие этого элемента не произвело особого впечатления на ученых и только через сто лет получило должную оценку.

Я мог бы на этом закончить свой рассказ об этом интересном элементе, но еще одна мысль занимает мое внимание. По таблице Менделеева ниже йода в той же группе приходится пустая клетка. Ее наметил еще Д. И. Менделеев и сказал, что здесь должен быть открыт новый элемент. Он назвал его экайодом. Мы эту клетку называем клеткой под номером 85. Где же встречается или где скрывается этот элемент номер 85? Он не может не существовать где-то в мире, он должен быть открыт.

Его долго искали в остаточных рассолах озер и в соляных месторождениях. Его искали в межпланетном пространстве, среди тех рассеянных атомов, которые наблюдаются в мироздании между звездами и солнцами, планетами и кометами; его искали и во всех природных металлах, но не нашли.

Много раз казалось ученым, что в приборах блеснула где-то та линия, которая отвечает светящимся атомам номера 85, но новые исследования не подтверждали этого открытия, и клетка номер 85 осталась и до наших дней пустой[44].

Что же представляет собой этот таинственный неоткрытый атом? Вероятно, он продолжает загадочную историю йода, вероятно, он наделен еще более чудесными свойствами, и именно они затрудняют его открытие. Может быть, он существует в мироздании так недолго, что самые точные приборы не могут его поймать; может быть, он обладает настолько сильным зарядом, что не может существовать в нашем мире. Но если номер 85 будет открыт на Земле, то он окажется еще более замечательным элементом, с еще более сказочными свойствами, чем йод.

Над загадками йода и его товарища по таблице стоит поработать ученым!

Фтор — всесъедающий

Обдумывая план этой книги, я наметил в ней главу о фторе и его замечательных свойствах; но когда я дошел до ее составления, то должен был остановиться. Я никогда не работал над фтором и его соединениями, не интересовался его прекрасными минералами, его использованием в промышленности и поэтому оказался в затруднении.

Пришлось прибегнуть к своим записям; и, разбирая старые многочисленные заметки об отдельных химических элементах Земли, я нашел ряд листков, из которых и составил эту главу.

Чарлз Дарвин в своей автобиографии указывает, как должен работать ученый.

[44] Химический элемент № 85 получен облучением висмута альфа-частицами в 1940 г. учеными из Калифорнийского университета. В 1943–1946 гг. его изотопы обнаружены в природных радиоактивных рядах. Это самый редкий элемент в земной коре. В русской терминологии до 1962 г. он назывался «астатин», сегодня — «астат». — Науч. ред.