Популярная библиотека химических элементов. Книга первая. Водород — палладий - Коллектив авторов

МАРГАНЕЦ И ЗОЛОТО. В годы разрухи, вызванной гражданской войной, молодая Советская страна очень нуждалась в валюте. Одним из первых продуктов советского экспорта была чиатурская марганцевая руда. Рудник восстановили в 1923 г., и с тех пор у причалов Поти собирались десятки иностранных кораблей, вывозивших руду. В начале 30-х годов был построен Зестафонский ферросплавный завод, на котором из чиатурской руды получали ферромарганец. Этот продукт, так же как и высококачественная чиатурская руда, и сейчас остается важной статьей советского экспорта. А до революции Россия ввозила ферромарганец.

ЧТО ТАКОЕ МАРГАНЦОВКА? Это всем известная калиевая соль марганцовой кислоты HMnO4. Ее широко применяют в медицине и ветеринарии, в органическом синтезе (как окислитель) и лабораторной практике (как реактив). Свойства сильного окислителя «марганцовка», она же перманганат калия, особенно ярко проявляет в кислой среде. Однако для очистки лабораторной посуды от жиров и других органических веществ нередко пользуются щелочным раствором перманганата. KMnO4 — соединение недостаточно стойкое. Распад его происходит при нагревании до 250°С, а в растворе — на свету и при обычной температуре, о чем нам сообщает изменение цвета раствора.

«МИНЕРАЛЬНЫЙ ХАМЕЛЕОН». Если пиролюзит, сплавленный с селитрой и едким кали, растворить в воде, то получится зеленый раствор. Постепенно цвет его меняется. Раствор становится синим, затем фиолетовым, малиновым, потом на дно колбы выпадает бурый осадок. Но стоит только взболтать колбу, как раствор вновь становится зеленым. За эти изменения цвета Шееле назвал марганцовистокислый калий K2MnO4 «минеральным хамелеоном». Это название употреблялось и 100 лет спустя после открытия Шееле.

МАГНИТНЫЙ МАРГАНЕЦ. Марганец, как известно, немагнитен. Однако в 1898 г. немецкий физик О. Гейслер обнаружил интересную закономерность: сплав немагнитного марганца с немагнитными медью и оловом обладает ферромагнитными свойствами. Исследования показали, что наилучшие магнитные свойства имеет сплав состава Cu2MnSn. Выяснилось также, что олово в сплаве можно заменить алюминием, мышьяком, сурьмой, бором или висмутом. Ферромагнетизм при этом сохраняется.

О КОНКРЕЦИЯХ. Конкрециями называют минеральные образования округлой формы. Они встречаются в осадочных горных по- родах, их извлекают со дна океанов. Конкреции очень богаты марганцем. В 1969 г. при глубоководном погружении подводной лодки была добыта со дна гигантская конкреция весом около 90 кг. Ее состав, считая только главные компоненты: марганца и кристаллизационной воды — по 25%, железа — 15%. Предполагается, что запасы железомарганцовых конкреций на дне Тихого океана приближаются к 1,5 млрд. т, а поскольку конкреции, по- видимому, образуются путем коагуляции и осаждения минеральных веществ из морской воды, их запасы растут в среднем на 90 млн. т в год.

Капиталистические страны с развитой металлургической промышленностью — США, Великобритания, Франция, ФРГ, Япония и другие — не располагают богатыми месторождениями марганцовых руд. Поэтому там особенно интересуются конкрециями как источником марганца.

И МАРГАНЕЦ «ПОМНИТ». Несколько лет назад сотрудники Института металловедения и физики металлов пришли к выводу, что способностью «запоминать» единожды приданную форму и восстанавливать ее при нагревании должны обладать многие сплавы марганца. До этого был известен лишь один такой сплав — с медью, однако позже «эффект памяти формы» был обнаружен еще и у группы марганцево-никелевых сплавов, в которых никеля было не больше 15%. При, нагреве немного выше 100°C такие сплавы — одни лучше, другие хуже — «вспоминали» первоначально приданную форму и частично восстанавливали ее.

ЖЕЛЕЗО

Герою знаменитого романа Даниэля Дефо повезло. Корабль, с которого он спасся, сидел на мели совсем недалеко от острова. Робинзон сумел погрузить на плот все необходимое и благополучно переправился на остров. Ему повезло еще раз — цитируем роман: «После долгих поисков я нашел ящик нашего плотника, и это была для меня поистине драгоценная находка, которой я не отдал бы тогда за целый корабль с золотом»…

Что было в плотницком ящике? Обыкновенный железный инструмент: топор, пила, молоток, гвозди.

Через два столетия на другой необитаемый остров попали герои другого известного романа — пятеро американцев. Они сумели не только выжить на острове, но и создать себе более или менее нормальные условия жизни, что определенно не удалось бы, если бы всеведущий инженер Сайрес Смит (заметим, что по-английски «смит» означает «кузнец») не сумел найти на таинственном острове железную руду и сделать железные инструменты. Иначе опять пришлось бы Жюлю Верну выручать своих героев с помощью знаменитого капитана Немо…

Как видим, без железа не может обойтись даже приключенческая литература. Чрезвычайно важное место занимает этот металл в жизни человека.

Цифры, отражающие годовой уровень выплавки стали, в значительной степени определяют экономическую мощь страны.

Развитию черной металлургии — металлургии железа — придавал первостепенное значение Владимир Ильич Ленин. Еще до Октябрьской революции, в 1913 г., в статье «Железо в крестьянском хозяйстве» он писал: «Относительно железа — …одного из фундаментов, можно сказать, цивилизации — отсталость и дикость России особенно велики». Действительно, в тот год, а 1913 год считался в царской России годом промышленного подъема, в огромной стране со 150-миллионным населением было выплавлено лишь 3,6 млн. т стали. Сейчас это средняя годовая производительность среднего металлургического завода. Сегодня Советский Союз по выплавке чугуна и стали уверенно держит первое место в мире. В 1975 г. в нашей стране выплавлено 141 млн. т стали, а в 1980 г. — 148 млн. т.

Мировое производство стали подошло уже к рубежу 700 млн. т. Много стали (данные за 1980 г.) выплавляют Япония — 111,5 млн. т, США — 100,8 млн. т, страны Общего рынка — 128,6, в том числе ФРГ — 44,1 млн. т.

Общая доля развивающихся стран — 56,8 млн. т, в том числе Бразилии — 15,4, а Индии — 9,4 млн. т (остальные — меньше).

Начало железного века

Было время, когда железо на земле ценилось значительно дороже золота. Советский историк Г. Арешян изучал влияние железа на древнюю культуру стран Средиземноморья.

Он приводит такую пропорцию: 1 : 160 : 1280 : 6400. Это соотношение стоимостей меди, серебра, золота и железа у древних хеттов. Как свидетельствует в «Одиссее» Гомер, победителя игр, устроенных Ахиллесом, награждали куском золота и куском железа.

Железо было в равной степени необходимо и воину, и пахарю, а практическая потребность, как известно, — лучший двигатель производства и технического прогресса.

Термин «железный век» введен в науку в середине XIX в. датским археологом К. Ю. Томсеном. «Официальные» границы этого периода человеческой истории: от IX–VII вв. до н.э. когда у многих народов и племен Европы и Азии начала развиваться металлургия железа, и до времени возникновения у этих племен классового общества и государства. Но если эпохи называть по главному материалу орудий труда, то, очевидно, железный век продолжается и сегодня.

Как получали железо наши далекие предки? Сначала так называемым сыродутным методом. Сыродутные печи устраивали прямо на земле, обычно на склонах оврагов и канав. Они имели вид трубы. Эту трубу заполняли древесным углем и железной рудой. Уголь зажигали, и ветер, дувший в склон оврага, поддерживал горение угля.

Железная руда восстанавливалась, и получалась мягкая крица — железо с включениями шлака. Такое железо называют сварочным; в нем содержалось немного углерода и примесей, перешедших из руды. Крицу ковали, куски шлака отваливались, и под молотом оставалось железо, пронизанное шлаковыми нитями. Из него отковывали различные орудия.

Век сварочного железа был долгим, однако людям древности и раннего средневековья было знакомо и другое железо. Знаменитую дамасскую сталь (или булат) делали на Востоке еще во времена Аристотеля (IV в. до и. э.). Но технология ее производства, так же как процесс изготовления булатных клинков, много веков держалась в секрете.

Что такое булат?

И булат, и дамасская сталь по химическому составу не отличаются от обычной нелегированной стали. Это сплавы железа с углеродом. Но в отличие от обычной углеродистой стали булат обладает очень большой твердостью и упругостью, а также способностью давать лезвие исключительной остроты.

Секрет булата не давал покоя металлургам многих веков и стран. Каких только способов и рецептов не предлагалось! В железо добавляли золото, серебро, драгоценные камни, слоновую кость. Придумывались хитроумнейшие (и порой ужаснейшие) «технологии». Один из древнейших советов: для закалки погружать клинок не в воду, а в тело мускулистого раба — чтобы его сила перешла в сталь.