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

Я сознательно заостряю внимание на этом вопросе, ибо очень часто полевые работники не хотят отказаться от своей первой рабочей гипотезы даже тогда, когда новые факты начинают решительно ей противоречить.

Вместе с тем необходимо подчеркнуть еще одно положение, которое, к сожалению, в работах последнего времени не всегда проводится в жизнь достаточно резко. Исследователь должен четко различать самый факт и его наблюдения, с одной стороны, и теоретические и общие выводы — с другой. Как в полевых, так и в окончательных отчетах исследователь должен резко разделять эти две стороны так, чтобы каждый мог видеть, где кончается фактический материал наблюдений и где начинаются логические и теоретические построения автора. Необходимо предостеречь молодых исследователей от увлечения заключительными выводами, отодвигания на задний план конкретного фактического материала, так как выводы без фактов оказываются висящими в воздухе.

Вот почему приходится с особой настойчивостью подчеркивать необходимость точного и тонкого наблюдения самих явлений природы.

Исследователь в поле должен записывать все те мелочи, которые бросаются ему в глаза при наблюдении. Он должен превратить свою полевую записную книжку в постоянный дневник собственных мыслей и наблюдений, и только этим путем он сможет прийти к правильным выводам и решениям. При этом приходится довольно резко различать характер работ и записей в первый год посещения какого-либо месторождения или района и в последующие годы. При первом посещении необходимо особенно следить за накоплением чисто фактического материала; при втором обычно возникает уже необходимость проверки созданной рабочей гипотезы; наконец, при третьем выявляются уже проблемы общего характера, и обычно именно третий год приносит новые открытия и подсказывает направление точных поисков[83]. Сокращение этих сроков, возможно, зависит от опыта исследователя и от того, насколько до него данное месторождение или район были изучены с геологической и минералогической точек зрения.

Значительно ускоряются окончательные выводы, если во время полевых работ проводить предварительные определения встречающихся минералов и горных пород. Переносные геохимические лаборатории, возможность во время работ отдавать некоторые образцы для количественных анализов в ближайшие лаборатории в значительной степени облегчают ход полевых исследований и позволяют скорее подойти к окончательным выводам.

Краткие сведения о химических элементах[84]

Азот — Nitrogenium (N). Атомный номер 7; атомный вес 14,008. Бесцветный газ, составляющий 4/5 объема окружающего нас воздуха. Первые указания на существование азота как особого вещества принадлежат Д. Резерфорду (1772), однако только Лавуазье доказал, что он является элементом, и дал ему современное название — азот (по-гречески — «безжизненный»). Латинское название Nitrogenium произошло от «нитрон» — «селитра» и «генус» — «род», порождающий селитру. В природе, кроме воздуха, азот встречается во всех живых организмах, а также в виде селитр — нитратов натрия и калия. Азот переводится в жидкое состояние при температуре 195,8 °C, затвердевает при 210 °C. Свободный азот применяется в электролампах; соединения его имеют громадное значение как удобрение и как составная часть взрывчатых веществ.

Актиний — Actinium (Ac). Атомный номер 89, атомный вес 227. Открыт в 1899 г. А. Дёбьерном в урановой смоляной руде. Актиний — радиоактивный продукт распада урана, с периодом полураспада в 20 лет. В результате дальнейшего распада актиния последовательно образуется ряд радиоактивных элементов, называемых актиниевым рядом. Конечным членом актиниевого ряда является AcD, изотоп нерадиоактивного свинца, с атомным весом 207. Актиний и его соединения мало изучены.

Актиноиды. Химические элементы, следующие за актинием, составляют группу элементов, очень близких по своему химическому составу. В этой группе должно находиться 15 химических элементов: от № 89 до 103; тринадцать из них уже открыты или получены искусственно: актиний, торий, уран, нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий и нобелий. Первые три из них встречаются в природных условиях. Нептуний и плутоний — в ничтожно малых количествах.

Химические свойства актиноидов весьма схожи с лантаноидами и в таблице Периодической системы Менделеева относятся к III группе, однако и те и другие вынесены за пределы таблицы и размещены в два ряда внизу таблицы.

Алабамий. Д. И. Менделеев предвидел существование элемента с атомным номером 85 и предсказал его свойства (экайод). В 1931 г. в Америке было опубликовано сообщение об открытии элемента с атомным номером 85, названного алабамием, однако открытие не подтвердилось. Позднее открытый 85 элемент назван был астатином. См. астатин.

Алюминий — Aluminium (Аl). Атомный номер 13; атомный вес 26,98. Самый распространенный элемент в земной коре после кислорода, водорода и кремния. По весу его в земной коре 7,5 %. Серебристо-белый, очень легкий металл. Уд. в. 2,7, плавится при 660 °C, кипит при 2060 °C. Входит в состав глин, полевых шпатов, слюд и многих других минералов. Главная масса алюминия в природе сосредоточена в алюмосиликатах — минералах, состоящих из алюминия, кремния, кислорода и некоторых металлов. Особенно богаты алюминием бокситы — водные окислы алюминия. Добывается алюминий главным образом из бокситов, а также из нефелинов. Сплавы алюминия широко применяются на транспорте, в самолетостроении, а также в различных отраслях промышленности. Выделен был в чистом виде Вёлером в 1827 г. Название произошло от слова «алюмен» — «квасцы».

Америций — Americium (Am). Атомный номер 95; атомный вес наиболее устойчивого изотопа с периодом полураспада около 10 000 лет — 243. Получен в 1944 г. искусственным путем при бомбардировке нейтронами урана как продукт радиоактивного распада плутония. В настоящее время известно несколько изотопов. По своим химическим свойствам он очень схож с редкоземельными элементами.

Аргон — Argon (Аr). Атомный номер 18; атомный вес 39,944. Принадлежит к группе инертных газов, которые не дают соединений ни друг с другом, ни с какими-либо другими веществами и этим резко отличаются от всех других элементов. Пассивность аргона и обусловила его название: «аргон» по-гречески — «недеятельный». Открыт У. Рамзаем и Релеем (Англия) в 1894 г., сжижается при –186 °C, затвердевает при –189 °C. В природе встречается как составная часть воздуха, содержание аргона в котором около 1 %. Употребляется аргон как наполнитель газосветных трубок с синим свечением.

Астатин — Astatine (At). Атомный номер 85; атомный вес наиболее долгоживущего изотопа с периодом полураспада в 8,3 ч. равен 210. Впервые получен в 1940 г. при бомбардировке висмута альфа-частицами. Название получил от греческого слова «астатос» — «неустойчивый». Известно 20 изотопов. Свойства его вполне совпадают с предсказаниями Д. И. Менделеева, который дал ему название экайод.

Афиний — Aphinium (An). См. эйнштейний.

Барий — Barium (Ba). Атомный номер 56; атомный вес 137,36. Открыт в 1774 г. шведским химиком К. В. Шееле; в элементарном виде выделен английским химиком Г. Дэви в 1808 г. Название произошло от минерала барита, из которого он был получен («барус» — «тяжелый»). Серебристо-белый металл, равный по твердости свинцу, уд. в. 3,5, температура плавления 704 °C, кипения — 1540 °C, окрашивает пламя в характерный желтовато-зеленый цвет. Соли бария — хороший белый краситель.

Бериллий — Beryllium (Be). Один из самых легких металлов. Атомный номер 4; атомный вес 9,013. Открыт в 1798 г. французским химиком Л. Вокеленом и назван им глюцинием благодаря сладковатому вкусу его солей. Это название сохранилось лишь во Франции. Слово «бериллий» произведено от минерала берилла. Бериллий очень твердый, белый металл (уд. в. 1,82, плавится при 1284 °C, кипит при 2970 °C), устойчив на воздухе. Применяется для получения сплавов с медью (бериллиевые бронзы) и другими металлами, отличающихся твердостью стали и «неутомимостью» при резком изменении нагрузки (часовые пружины). В природе бериллиевые минералы в виде больших скоплений встречаются редко.

Берклий (беркелий) — Веrkelium (Bk). Атомный номер 97. Этот элемент был получен искусственным путем при радиоактивном β-распаде ряда трансурановых элементов, полученных при бомбардировке урана нейтронами, как промежуточный член после кюрия, а также при бомбардировке изотопа америция с атомным весом 249 α-частицами. Периоды полураспада открытых до настоящего времени изотопов беркелия не превышают нескольких часов. Назван по городу Беркли в штате Калифорния в США.

Бор — Borum (В). Атомный номер 5; атомный вес 10,82. Открыт в 1808 г. Дэви в Англии и Гей-Люссаком и Тенаром во Франции. Название произошло от слова «borax» — «бура». Кристаллический бор, выделенный из сплава с алюминием, обладает твердостью, близкой к твердости алмаза, уд. в. 2,3, плавится при 2075 °C, кипит при 2550 °C. В природе бор встречается в виде борной кислоты, буры и некоторых других боратов. Применяется главным образом для изготовления эмалей, а также в медицине. Соединения бора с углеродом и азотом обладают чрезвычайно высокой твердостью.

Бром — Bromum (Br). Атомный номер 35; атомный вес 79,916. Открыт Балардом в 1826 г. и назван так из-за своего неприятного запаха («бромос» — «зловонный»). Бром — темно-бурая тяжелая жидкость, уд. в. 3,12, затвердевает при –7,25 °C, кипит при 59 °C; как все галогены, чрезвычайно активен, вступает в соединение почти со всеми элементами; особенно энергично протекает реакция с металлами. При соприкосновении с кожей бром оставляет на ней тяжелые ожоги. В природе встречается в морской воде в форме бромидов, преимущественно натрия и магния. Богаты бромидами соленые озера Крыма, некоторые источники в Старой Руссе и пр. Частично добывается из буровых вод нефтеносных районов. Применяется в фотографической промышленности, в медицине, при синтезе красителей.

Ванадий — Vanadium (V). Атомный номер 23; атомный вес 50,95. Открыт в 1830 г. шведским химиком Сёвстремом и назван в честь богини Ванадис. В следующем году соединения ванадия изучали многие крупные химики (Берцелиус, Вёлер и др.). Ванадий — металл серо-стального цвета, весьма твердый, но не хрупкий. Уд. в. 5,8, плавится при 1735 °C, кипит при 3400 °C. Довольно широко распространен в природе, однако лишь в рассеянном состоянии. Добывается из титано-магнетитовых руд, из битуминозных сланцев, имеется в нефтях и в золе каменных углей. Главная область применения ванадия — производство высококачественной стали, феррованадий, отличающейся большой прочностью, упругостью, сопротивлением разрыву. Большое значение имеют сплавы с алюминием. Применяется как катализатор в химической промышленности; в керамике — как краситель; в фотографии — для тонирования отпечатков, а также в медицине и в животноводстве.

Виргиний. Под этим названием Аллисон описал элемент с атомным номером 87. Сведения оказались неверными, и факт обнаружения этого элемента не был подтвержден. См. франций.

Висмут — Bismuthum (Bi). Атомный номер 83; атомный вес 209,00. Розовато-белый хрупкий металл. Соединения висмута известны были еще в древности, но висмут раньше не отличали от свинца; в свободном виде выделен впервые алхимиком Василием Валентином в XV в. В 1530 г. описан Г. Агриколой. Легкоплавок, уд. в. 9,8, плавится при 271 °C, кипит при 1560 °C. Входит в состав легкоплавких и твердых сплавов, применяемых в типографском деле, в различных противопожарных приспособлениях. Интересен сверхпроводимостью тока при температурах, близких к абсолютному нулю.

Водород — Hydrogenium (H). Атомный номер 1; атомный вес 1,008. Самый легкий элемент, первый в Периодической системе элементов. На долю водорода из всей массы земной коры, считая воду и воздух, приходится около 1 %. Водород — бесцветный, самый легкий газ, в 14 раз легче воздуха. Был открыт в первой половине XVI в. Парацельсом, который получил водород действием железа на серную кислоту. В 1766 г. Кавендиш установил его свойства и указал отличия от других газов. Лавуазье в 1783 г. первый получил водород из воды и доказал, что вода есть химическое соединение водорода с кислородом. На земле водород встречается только в соединениях — в воде, нефти, в тканях живых клеток, а в свободном состоянии лишь в незначительных количествах — в верхних слоях атмосферы. Водород также выделяется при вулканических извержениях. При помощи спектроскопа водород обнаружен на Солнце и на звездах. Сжижается при –252,8 °C, затвердевает при –259 °C. Вещество космоса, по современным представлениям, состоит на 30–50 % из свободного водорода, ядро водорода — протон — является основным кирпичом мироздания. Кроме водорода с атомным весом 1, существуют еще два изотопа с атомным весом 2 и 3 (дейтерий и тритий), которые в соединениях с кислородом дают «тяжелую воду». Водород применяется для наполнения дирижаблей, аэростатов, при автогенной сварке, в химической промышленности для гидрогенизации жиров, для получения аммиака, для получения искусственной нефти и метана из каменного угля и др. Водород и его изотопы широко используются в ядерных реакциях и для получения термоядерных (водородных) бомб.

Вольфрам — Wolframium (W). Атомный номер 74; атомный вес 183,92. Открыт шведским химиком Шееле в 1781 г., в минерале тунгстене, названном впоследствии шеелитом, в чистом виде получен Вёлером лишь в 1850 г. В Англии и во Франции вольфрам называют тунгстен. Вольфрам — тяжелый металл (уд. в. 19,3) серебристо-белого цвета, с высокой температурой плавления (3380 °C, которая используется в так называемых вольфрамо-водородных горелках) и температурой кипения 5930 °C. Не окисляется и не растворяется в кислотах, за исключением царской водки. Тугоплавок. Идет на изготовление быстрорежущей стали и сверхтвердых сплавов, которые носят названия: «победит», «видиа», «карболой». Победит по твердости близок к алмазу и применяется для бурения самых твердых пород. Из вольфрама изготовляют волоски для электроламп. Вольфрам применяется также для изготовления химической посуды и для контактов как заменитель более дорогой платины.

Гадолиний — Gadolinium (Gd). Из группы редкоземельных элементов. Атомный номер 64; атомный вес 156,9. Открыт был впервые в 1800 г. швейцарским химиком Ж. Ш. Мариньяком; название свое получил в 1886 г. в память финского ученого Ю. Гадолина.

Галлий — Gallium (Ga). Атомный номер 31; атомный вес 69,72. Один из элементов, свойства которого были предсказаны Д. И. Менделеевым (экаалюминий). Открыт в 1875 г. французским ученым П. А. Лекок де Буабодраном методом спектрального анализа в цинковой обманке и назван в честь Франции, старинное название которой — Галлия. Галлий — серебристо-белый мягкий металл, уд. в. 5,9, с низкой температурой плавления +29,8 °C (плавится в руке) и высокой температурой кипения 2300 °C; твердый галлий легче жидкого и поэтому плавает в своем расплаве. При этом обладает свойством переохлаждения; принадлежит к числу редких рассеянных элементов; применяется для изготовления термометров, которыми можно измерять широкий интервал температур, вместо ртути, для изготовления светящихся составов, а также для получения оптических зеркал.

Гафний — Hafnium (Hf). Атомный номер 72; атомный вес 178,6. Хотя гафний является более распространенным элементом, чем золото и серебро, и встречается в некоторых минералах в количестве до 30 %, открыт он был рентгено-спектральным путем в соединениях циркония лишь в 1923 г. датским физиком Костером и венгерским химиком Г. Хевеши. Чрезвычайно близок по химическим свойствам цирконию, от которого трудно отделим. Металлический гафний весьма тверд, уд. в. его — 13,3, имеет высокую температуру плавления — 2230 °C, кипит при 5300 °C. В виде окислов входит в сплавы для нитей электронных ламп. Намечается применение его в радиопромышленности и в качестве сверхогнеупора. Название происходит от названия столицы Дании — Копенгагена (Hafnia).

Гелий — Helium (He). Инертный (благородный) газ. Атомный номер 2; атомный вес 4,003. Спектроскопически линии гелия в атмосфере Солнца впервые были обнаружены французским астрономом Ж. Жансеном и независимо от него английским астрономом Н. Локьером в 1868 г. Английский ученый У. Рамзай в 1895 г. выделил этот газ из минерала клевеита. Название произошло от слова «гелиос» — «солнце». После водорода гелий является самым легким из всех газов; он в 8 раз легче воздуха. В природе встречается не только в атмосфере, но и выделяется из недр земли вместе с другими природными газами. Выделяется также из других минералов — как, например, фергусонит, монацит и пр. Гелий образуется при радиоактивном распаде элементов; альфа-частица, вылетающая из ядра атома радиоактивного элемента, представляет собой положительно заряженное ядро гелия — гелион. Она широко используется при ядерных реакциях. Используется гелий для заполнения дирижаблей вместо водорода или вместе с ним для предохранения от взрывов. Подъемная сила гелия составляет 93 % подъемной силы водорода. Применяется гелий также для хранения пищевых продуктов, для продувания пустот при металлоплавке, в водолазном деле. При затвердевании и сжижении гелия достигнуты самые низкие температуры на земле, близкие к абсолютному нулю (–272,2 °C и –268,9 °C).

[83] Рекомендую при поисках пользоваться для руководства прекрасной книгой В. А. Обручева «Полевая геология», 1932. С. 320, особенно c. 183–207.

[84] Составлено проф. Н. К. Разумовским и А. Ф. Соседко.