Металлы и человек - Михаил Васильев

Все они в металлическом виде впервые были получены в 1808 году.

Первый непосредственный сосед магния — кальций.

Это металл очень распространенный. Земная кора состоит на 3,6 процента по весу из кальция. Он играет огромную роль и в органическом мире. Лишь редкие организмы, например некоторые простейшие грибки, могут существовать в среде без кальция. Другие же организмы, наоборот, концентрируют кальций. Некоторые водоросли, моллюски содержат до 38 процентов этого металла. Организм человека на 1,4 процента состоит из кальция, сосредоточенного главным образом в костях скелета.

В чистом виде в природе кальций не встречается. А с природными соединениями кальция знакомы все. Это и мрамор, и известняк, и гипс, и раковины морских и речных улиток.

В настоящее время кальций получают электролизом. Это мягкий металл, плавящийся при 851 градусе и кипящий при 1439 градусах.

Удельный вес его—1,55 г на куб. см. Химически он также очень активен: окисляется на воздухе, с водой и кислотами бурно реагирует, выделяя водород. Хранят его под слоем керосина.

Конечно, как конструктивный материал кальций применения найти не может. Однако он входит в состав подшипниковых сплавов, не содержащих олова. Кроме того, он применяется в качестве раскислителя и восстановителя в металлургии.

Не будем здесь говорить о применении соединений кальция — их слишком много. Огромное количество строительных материалов — известь, гипс, мел, известняк, алебастр, мрамор, цемент, стекло и т. д. — все это соединения кальция. Они могли бы быть темой специальной книги. А здесь мы только упомянем о них.

Следующую клетку этого ряда занимает стронций. Это значительно менее распространенный в природе металл, чем кальций. Однако он образует самостоятельные минералы — целестин, стронцинат и другие и может добываться в довольно значительных количествах.

Стронций тяжелее кальция, его удельный вес — около 2,6 г на куб. см. Он обладает значительной пластичностью, хорошо куется. Плавится при 752 градусах, кипит при 1366 градусах.

На воздухе стронций сразу же покрывается желтоватой пленкой окисла. Воду разлагает еще энергичнее, чем кальций.

Стронций окрашивает пламя в яркий карминово-красный цвет. Сигнальные ракеты фейерверков содержат в себе соли этого металла.

Ракеты — одно из немногих применений стронция. Кроме этого, его соединения применяются в медицине и производстве малярных красок. Они входят в состав некоторых консистентных смазок, отличающихся высокой стойкостью.

Барий, занимающий следующую под стронцием клетку, значительно тяжелее своих предшественников. Его удельный вес — 3,5 г на куб см. Надо иметь чрезвычайно хорошие конструктивные качества, чтобы, обладая таким удельным весом, претендовать на право быть крылатым металлом. Скажем сразу: барий такими качествами тоже не обладает.

Барий — мягкий белый металл, блестящая поверхность которого мгновенно покрывается пленкой окисла. Он взаимодействует не только с кислородом и водой, но и с азотом и водородом. Как и все другие металлы-буяны, барий хранят под слоем керосина.

Металлический барий почти не имеет применения. Только в некоторых подшипниковых сплавах на свинцовой основе содержатся небольшие количества бария.

Интересно одно из применений сернокислого бария в медицине. Этим веществом в смеси с манной кашей завтракает человек, которому необходимо пройти рентгеновское исследование органов пищеварения. При просвечивании рентгеновскими лучами сернокислый барий создает тень, позволяя отчетливо рассмотреть очертания желудка и кишечника.

…По всей вероятности, будущие астронавты возьмут с собой в космический рейс и кальций, и стронций, и барий. Вероятно, кальций окажется в составе искусственных почв оранжереи, которая будет снабжать астронавтов растительной пищей. Может быть, стронциевые ракеты будут служить им для сигнализации на чужой планете, или фейерверком они захотят отметить свой прилет туда. Не исключено, что в их походной аптечке окажутся и соединения бария.

Но крылатыми металлами ни одному из них, вероятно, не стать. У них другие судьбы, другие, еще не найденные службы человеку.

Так что же, нет у крылатых металлов — алюминия, магния, бериллия, лития — соперников в периодической таблице?

Есть. Это металл, который расположен в четвертой группе элементов. Его имя — титан. Но о нем — позже.

VII. МЕТАЛЛ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ЕГО СОСЕДИ

С медью человек впервые познакомился на ранней заре своей истории. Наверное, покрытые ярко-зеленой пленкой окисла ноздреватые самородки красного металла первыми попали в его руки. Но вряд ли оценили первобытные металлурги этот мягкий, непрочный металл.

Он стал другом человека, когда соединился в единый сплав с оловом. Бронза! Это звонкое слово дало имя целой эпохе в истории человечества. Бронзовый меч начал теснить каменный топор, бронзовый лемех победил деревянную соху. Для пушек и колоколов, домашней утвари и орудий труда в течение многих тысячелетий лучшим материалом считалась бронза.

Настал век железа, но не кончился век меди. Оба металла соседствовали на службе человеку, взаимно дополняя друг друга. Росло производство чугуна и стали, но росло и производство меди. Правда, оно росло медленнее, но ведь наиболее богатые и удобные для разработки залежи медных руд были выработаны еще в глубокой древности. Медь оказалась дороже железа. Это в значительной мере и определило ее отставание.

Но вот человек поставил себе на службу могучую силу электричества, и открылось новое драгоценное свойство меди — ее высокая электропроводность. Железо не смогло конкурировать в этом с медью. И медь, та самая чистая медь, которую с презрением отбросили древние металлурги, которую укрепляли сплавом с оловом мастера бронзового века, стала основным металлом электротехники. Словно настало второе рождение меди.

Медь сегодня — это высоковольтные линии, русла электрических рек, это электрические сердца станков и машин, это тонкая схема радио и телеприемника.

В 1913 году во всем мире было добыто 952 тысячи тонн металла электротехники. В 1952 году эта цифра поднялась до 2652 тысяч тонн. А в 1958 году она достигла 3370 тысяч тонн.

Стремительно растет производство меди и в нашей стране. В 1913 году в царской России было выплавлено 34 тысячи тонн меди. Отгремела разрушительная война и интервенция. И уже к 1926 году было достигнуто довоенное производство этого металла.

«Коммунизм — это есть Советская власть плюс электрификация всей страны», — сказал великий Ленин. Советский народ принял к исполнению гениальный лозунг своего вождя. С плана ГОЭЛРО началась электрификация нашей страны. Днепрогэс, Волжская ГЭС им. В. И. Ленина, Братская ГЭС, многочисленные гигантские тепловые электростанции, первые в мире атомные — это только отдельные вехи выполнения грандиозного плана полной электрификации нашей Родины.

Стране было нужно огромное количество главного металла электротехники — меди. В годы первой пятилетки были построены крупные медеплавильные заводы — Красноуральский и Карсакпайский в Казахстане. Третья пятилетка ввела в строй действующие медеплавильные гиганты — Балхашский завод в Казахстане и Среднеуральский на Ревде. На Южном Урале дал медь Медногорский завод.

В годы идущей семилетки предполагается еще почти удвоить производство меди в нашей стране.

Ее свойства

Медь имеет розово-красный, отличный от других металлов цвет. Она ковка и тягуча. Удельный вес меди — 8,95 г на куб. см— даже больше, чем у железа. Зато плавится медь при значительно более низкой температуре — всего при 1083 градусах, а при 2360 она уже кипит.

Нет, не эти физические свойства определяют сегодня широкое применение меди. В первую очередь это ее отличная электропроводность и теплопроводность.

Только драгоценное серебро обладает лучшими показателями этих свойств. Два металла возглавляют таблицы, где вещества расположены по мере убывания электропроводности и теплопроводности. Все остальные распространенные в технике металлы значительно уступают им по этим свойствам. Так, железо обладает в 5 раз большим удельным электросопротивлением, чем медь, алюминий — в 1,5 раза большим, цинк — в 3 раза, вольфрам — в 12 раз, а титан — в 35 раз большим, чем медь.

Примерно таково же соотношение и между теплопроводностями разных металлов. Теплопроводность меди в 5 раз больше, чем у железа, почти в 2 раза больше, чем у алюминия, в 6,5 раза больше, чем у никеля.

Почему же медь не стала металлом теплотехники, как она стала металлом электротехники? Почему не делают медными паровые котлы, батареи парового отопления, трубки разнообразнейших теплообменников?