Занимательная геохимия. Химия земли

Однако не следует думать, что прежде всего человечеству стали известны элементы, часто встречаемые в земной коре, а редкие — потом. Ничего подобного. Например, золота, меди и олова в земной коре очень мало, в то же время это были первые металлы, с которыми познакомились люди и которые были использованы в технической культуре. А между тем олова в среднем в земной коре несколько миллионных долей, меди — несколько десятитысячных, а золота так даже одна-две миллиардных.

И в то же время самые распространенные в земной коре элементы, как, например, алюминий, составляющий 7,45 % земной коры, были открыты очень поздно; алюминий еще в начале XX столетия считался редким металлом.

Причина здесь кроется в другом, а именно, насколько легко металл образуется в самородном виде и часто ли встречаются скопления с преобладанием этого металла, так называемые месторождения.

Способность собираться, концентрироваться в одном месте — вот что облегчило открытие и использование металлов в технике для потребностей человечества.

Открытие каждого нового элемента знаменует начало изучения его свойств, сперва химиками в лаборатории. Это, так сказать, первое знакомство. При этом химики ищут особенности элемента, его отличительные, оригинальные черты.

Например, разве не любопытно, что удельный вес лития — 0,53, так что этот металл плавает даже в бензине? А у осмия, наоборот, — 22,6, так что он в сорок раз тяжелее лития. Разве не любопытно, что галлий плавится всего при 30 °C, но температура кипения его (2300°) лежит далеко за пределами тех высоких температур, которые обычно употребляются в технике. «Что же тут любопытного?» — спросите вы. Попробуем рассказать.

Сначала о галлии. Применяя высокий нагрев в лабораториях и на заводах, инженеры и химики всегда хотят знать, до какой температуры нагревается проба или изделие. Конечно, прежде всего надо измерить температуру. Но вот беда: до 360° измерить очень просто, но при более сильных нагревах возникают затруднения: ртуть при 360° кипит, и ртутные термометры не годятся. А вот галлий годится. Если взять тугоплавкое кварцевое стекло и наполнить градусник расплавленным галлием, то таким термометром можно мерить температуру почти до 1700°, а галлий еще и не думает кипеть. Если найти более тугоплавкие стекла, то можно измерить температуру и в 2000°.

Теперь о весе. Вес, тяжесть — нечто гнетущее, прижимающее к земле. Вес сопротивляется движению, скорости, подъему на неизведанные высоты. А человек хочет двигаться быстро по земле, хочет летать по воздуху, как птица. Для этого надо победить тяжесть, и человек ищет легких и прочных конструкций, легкого и прочного материала. И вот особенно подходящими оказались два металла: алюминий с удельным весом 2,7 и магний, удельный вес которого 1,74.

В современном самолете большая часть его деталей состоит из алюминия, или, вернее, из его сплавов с медью, цинком, магнием и другими металлами. Но такое господствующее положение алюминий приобрел не сразу, а в упорной борьбе за улучшение своих качеств — прочности, твердости, упругости и устойчивости против огня и окислителей. Когда были преодолены трудности получения металлического алюминия, то он первым делом завоевал кухню. Легкие и чистые неокисляющиеся кастрюли, ложки и кружки — вот на что были истрачены первые его запасы. В технике его вначале не применяли, — да и куда, казалось, годится этот мягкий, не особенно прочный, не паяющийся, легкоплавкий металл? Алюминий завоевал мир только после того, как был изготовлен дюралюминий — твердый сплав, полученный «кухонным способом»: в тигель с алюминием добавляли попеременно различные металлы, и каждый новый сплав исследовался на прочность и другие качества.

Никто не мог в то время объяснить, почему 4 % меди, 0,5 % магния и незначительные примеси других металлов превратили мягкий, податливый алюминий в чудесный дюраль, прочный и способный закаливаться, как сталь. Замечательные свойства дюралюминия проявляются не сразу, и это значительно облегчает и упрощает его обработку. После закалки дюраль остается мягким еще несколько дней. За это время он «набирается сил», пока внутри сплава происходит перемещение медных частиц, образующих скелет дюралюминия. Но имеются и другие сплавы, которые кое в чем даже лучше дюраля. Таков, например, русский кольчугалюминий, по прочности превосходящий дюраль.

Внедрение дюраля и других легких сплавов имеет колоссальное значение для всех видов транспорта. Вес вагона метро или трамвая, сделанного из алюминия, на треть меньше, чем изготовленного из стали. В стальном трамвайном вагоне на одно пассажирское место приходится около 400 килограммов мертвого веса. А если металлическую конструкцию трамвая выполнить из алюминия, то вес на пассажирское место снизится до 280 килограммов.