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

Будущее железа

Железный век продолжается. Примерно 90% всех используемых человечеством металлов и сплавов — это сплавы на основе железа. Железа выплавляется в мире примерно в 50 раз больше, чем алюминия, не говоря уже о прочих металлах. Пластмассы? Но они в наше время чаще всего выполняют в различных конструкциях самостоятельную роль, а если уж их в соответствии с традицией пытаются ввести в ранг «незаменимых заменителей», то чаще они заменяют цветные металлы, а не черные. На замену стали идут лишь несколько процентов потребляемых нами пластиков.

Сплавы на основе железа универсальны, технологичны, доступны и в массе — дешевы. Сырьевая база этого металла тоже не вызывает опасений: уже разведанных запасов железных руд хватило бы по меньшей мере на два века вперед. Железу еще долго быть фундаментом цивилизации.

КАК ПИСАЛ ПЛИНИЙ СТАРШИЙ. «Железные рудокопы доставляют человеку превосходнейшее и зловреднейшее орудие. Ибо сим орудием прорезываем, мы землю, обрабатываем плодовитые сады и, обрезая дикие лозы с виноградом, понуждаем их каждый год юнеть. Сим орудием выстраиваем домы, разбиваем камни и употребляем железо на все подобные надобности. Но тем же железом производим брани, битвы и грабежи и употребляем оное не только вблизи, но мещем окрыленное вдаль то из бойниц, то из мощных рук, то в виде оперенных стрел. Самое порочнейшее, по мнению моему, ухищрение ума человеческого. Ибо, чтобы смерть скорее постигла человека, соделали ее крылатою и железу придали перья. Того ради да будет вина приписана человеку, а не природе».

ДРАГОЦЕННЫЙ МЕТАЛЛ. В «Географии» древнегреческого писателя Страбона упоминается о том, что африканские народы за один фунт железа отдавали десять фунтов золота.

Извлеченное из древнескандинавских гробниц оружие также свидетельствует о драгоценности железа в прошлом — из него сделаны только острия мечей, а все остальные части — из бронзы.

ОРУЖИЕ ИЗ МЕТЕОРИТОВ. С давних времен люди пытались использовать метеоритное железо, хотя сделать это было не просто.

Бухарский эмир приказал своим лучшим оружейникам отковать ему меч из куска «небесного железа». Но сколько они ни старались, ничего не получалось. Оружейников казнили. Они погибли из-за того, что нагретый металл не поддавался ковке. Это характерно для никелистого метеоритного железа: оно куется только холодным, а при нагревании становится хрупким.

Несмотря на это, у властителя индийского княжества Джехангира в XVII в. были две сабли, кинжал и наконечник пики из метеоритного железа. Есть сведения, что из этого же материала были изготовлены шпаги Александра I и Боливара — героя Южной Америки.

САМОРОДНЫЙ ЧУГУН. Металлическое железо встречается не только в метеоритах. Еще в 1789 г. в «Словаре коммерческом» Василия Левшина о самородном железе писалось: «Так называется железо, совсем приготовленное природой в недрах земных и совсем очищенное от веществ посторонних настолько, что можно из него ковать без переплавки всякие вещи».

Крупное скопление самородного железа было найдено на южном берегу острова Диско у берегов Гренландии. Оно залегало здесь в извергнутом через пласты каменного угля базальте в виде блесток, зерен и иногда мощных глыб.

В отличие от метеоритного железа, всегда содержащего сравнительно много никеля, самородное железо содержит не более 2% никеля, иногда до 0,3% кобальта, около 0,4% меди и до 0,1% платины. Обычно оно исключительно бедно углеродом. Однако возможно образование и самородного чугуна, например в результате контакта раскаленного углерода с железной рудой. В 1905 г. геолог А. А. Иностранцев обнаружил в районе острова Русского на Дальнем Востоке небольшие пластообразные скопления самородного чугуна, находящегося на глубине 30–40 м под скальными породами морского берега. В извлеченных образцах металла содержалось около 3,2% углерода.

УБИТ ИЗ-ЗА ЖЕЛЕЗА. В 1735 г. вогул Степан Чумпин нашел у горы Благодать большой кусок магнитного железняка и показал его горному технику И. Ярцеву. После осмотра месторождения Ярцев помчался с докладом в Екатеринбург. Эта поездка была самым настоящим бегством — по следу Ярцева скакали вооруженные стражники некоронованного короля Урала Демидова, который не допускал и мысли, что новые богатства минуют его.

Ярцеву удалось уйти от погони. Первооткрыватели рудника получили вознаграждение от Горной канцелярии, но вскоре Степан Чумпин был убит. Убийца остался непойманным.

КРИСТАЛЛ ЧЕРНОВА. Знаменитый русский металлург Д. К. Чернов (1839–1921) собрал коллекцию кристаллов железа. Некоторые кристаллы, найденные им в стальных слитках, достигали длины 5 мм, большинство же не более 3 мм.

Главной ценностью коллекции был уникальный «кристалл Д. К. Чернова», описанный во многих учебниках по металловедению. Его нашел в груде стального лома шихтового двора подполковник морской артиллерии А. Г. Берсенев, служивший приемщиком на металлургическом заводе. Как удалось выяснить, кристалл вырос в 100-тонном слитке стали. Берсенев подарил его своему учителю Чернову.

Чернов тщательно исследовал кристалл. Вес его оказался 3 кг 450 г, длина 39 см, химический состав: 0,78% углерода, 0,255% кремния, 1,055% марганца, 97,863% железа.

СТАЛЬНОЕ ВИНО. В старинных журналах можно найти рецепты различных «железных» лекарств. Так, в «Экономическом журнале» за 1783 г. сообщалось: «В некоторых случаях и болезнях и самое железо составляет весьма хорошее лекарство, и принимаются с пользой наимельчайшие оного опилки либо просто, либо обсахаренные». Там же перечисляются другие лекарства того времени: обсахаренное железо, железный снег, железная вода, стальное вино («виноградное кислое вино, как, например, рейнвейн, настоять с железными опилками и получится железное или стальное вино и вкупе весьма хорошее лекарство»).

МАГНИТНЫЕ ЛЕКАРСТВА. В 1835 г. «Журнал мануфактур и торговли», сообщая о товарах, присланных из Вены в Петербург, упоминает металлические намагниченные бруски как средство от зубной и головной боли. Бруски рекомендовалось носить на шее. «Этот способ лечения ныне в моде, — сообщалось в журнале, — и по отзывам врачей, заслуживающим вероятия, помогает весьма многим».

В древности и в средние века магнит употребляли не только как наружное, но и как внутреннее. Гален считал магнит слабительным, Авиценна лечил им ипохондриков, Парацельс приготовлял «магнитную манну», Агрикола — магнитную соль, магнитное масло и даже магнитную эссенцию.

ХИМИЯ ЖЕЛЕЗА. Вероятно, вы обратили внимание, что и статья, и заметки об элементе № 26 посвящены главным образом железу-металлу. Это и не удивительно: именно этим прежде всего железо интересно для пас. Но, отдавая должное главному металлу современной техники, нельзя забывать, что:

элемент № 26 обладает значительной химической активностью, он образует множество соединений, проявляя обычно валентности 2+ и 3+;

существуют соли железной кислоты H2FeO4, но в свободном состоянии эта кислота не получена, так же как и ее ангидрид — FeO3;

природное железо состоит из четырех стабильных изотопов с массовыми числами 54, 56, 57 и 58;

железо — жизненно важный элемент; в крови человека 14,5% ее веса приходится на долю гемоглобина — красного пигмента эритроцитов, в центре молекулы которого находится атом железа.

АЛЬФА, БЕТА, ГАММА, ДЕЛЬТА. Железо — полиморфный металл, оно кристаллизуется по-разному в зависимости от температуры. При обычных условиях железо существует в виде кристаллов с объемноцентрированной решеткой. Это привычное нам альфа-железо. При медленном его нагревании наблюдаются странные, на первый взгляд, температурные остановки: тепло продолжает поступать в металл, а температура его не повышается. Первая такая остановка для чистого железа будет при 769, вторая — при 910, третья — при 1401°С. Закон сохранения энергии при этом, конечно, не нарушается. «Исчезнувшее» тепло тратится на перестройки кристаллической решетки. Они сказываются на многих свойствах металла. При 769°С, когда альфа-железо превращается в бета-железо, оно утрачивает свои магнитные свойства. При 910°С происходит обычная перекристаллизация: объемноцентрированная решетка перестраивается в гранецентрированную (это гамма-железо). При 1401°С — последняя перестройка: решетка вновь становится объемноцентрированной, но уже с большими, чем у альфа-железа, размерами элементарных кристаллов. Эта разновидность называется дельта-железом. При охлаждении расплавленного железа те же перестройки происходят в обратном порядке.

КОБАЛЬТ

Несколько сот лет назад немецкая провинция Саксония была крупным по тогдашним временам центром добычи серебра, меди и других цветных металлов. В тамошних рудниках случалось находить руду, которая по всем внешним признакам казалась серебряной, но при плавке получить из нее драгоценный металл не удавалось. Хуже того, при обжиге такой руды выделялся ядовитый газ, отравлявший рабочих. Саксонцы объясняли эти неприятности вмешательством нечистой силы, коварного подземного гнома кобольда. От него же исходили и другие опасности, подкарауливающие рудокопов в подземельях. В те времена в Германии даже читали в церквах молитвы о спасении горняков от злого духа кобольда… И со временем, когда саксонцы научились отличать «нечистую» руду от серебряной, они ее назвали «кобольд».