Читаем Путешествие в Страну элементов онлайн бесплатно

Сто с небольшим химических элементов входят в перечень «строительных деталей», из которых воздвиг себя мир, живой и неживой.

Нам повезло: Земля не обделена. В доступной для наблюдения части вселенной не обнаружено ни одного элемента, какого нет в нашем распоряжении.

Земной шар — своего рода исполинская химическая лаборатория, действующая вот уже довольно продолжительное время. В нем возникали условия для протекания всевозможных реакций. Нужны были высокие давления — пожалуйста: в недрах вещество сжималось с силой в сотни тысяч, даже в миллионы атмосфер. Температуры? Шар кипел и бурлил огненным месивом. Время? Сколько угодно — дни, тысячелетия, сотни миллионов лет. Природа не считается с затратами.

В результате запутанных, бесконечных химических пертурбаций и сформировалась (да и сейчас потихоньку продолжает формироваться) наша планета.

Кто-то своими руками сотворил огонь. Кто-то из жесткой, грубой шкуры убитого зверя выделал кожу. Кому-то посчастливилось из руды получить железо. Человек искал впотьмах, на ощупь и натыкался иной раз на такие крупные удачи. Это было загадочно, необыкновенно, и потому искусство совершать какие бы то ни было химические превращения долгое время считалось священным. Оно попало в руки жрецов. Из стран Востока на заре нашей эры достижения прикладной химии перенеслись в Грецию. Ей наследовал Рим. А когда одряхлевшая империя рабовладельцев рухнула, лидерство в науках и ремеслах перешло к арабам. Прикладное и мистическое начала своеобразно переплелись в деятельности арабских химиков. С фанатичным упорством трудились они над тем, чтобы составить рецепт получения золота из других металлов, а также эликсира против всех болезней и даже самой смерти. Соединяя различные вещества, алхимики («ал» — приставка арабского происхождения) «между делом» синтезировали многие практически ценные соединения. Но хотя с помощью черной магии в соавторы привлекались всевозможные духи, главной цели своих трудов они не достигли.

Европейские преемники арабских магов на протяжении нескольких столетий — XII–XV веков — чадили и колдовали в своих тщательно засекреченных лабораториях, составляли умопомрачительные рецепты «философского камня», морочили головы коронованных невежд и, случалось, уличенные в надувательстве, кончали свои дни на виселице.

Все это наукой и не пахло. Алхимия скорее была нелепо поставленной и витиевато зашифрованной, слепой и спотыкающейся прикладной химией.

Люди уже знали множество химических соединений. Они освоили производство стекла, применяли порох, чеканили монету и отливали бронзовых богов, ковали великолепные клинки и получали краски, сохранявшие свежесть вопреки стараниям всеразрушающего времени.

Прикладная химия была уже немолодой и многоопытной, за ее плечами тянулась длинная вереница веков, когда родилась наука химия. Это случилось удивительно недавно — какие-нибудь две с половиной сотни лет назад.

В XVII веке природу уже изучают ботаника, зоология, минералогия. Сначала исследователи ограничивались лишь «инвентаризацией» окружающего мира. Они составляли списки всего, чем он богат. Следующий шаг — попытки разобраться в обширных наблюдениях, сделать обобщения, перейти от индивида к виду.

Такой же путь предстоял и химии. Но если сороконожку, антилопу гну, одуванчик, полевой шпат природа демонстрирует «в чистом виде», то химические индивиды, как правило, замаскированы ею в более или менее сложных обличьях.

Надо было научиться извлекать их. «Нужные и в химических трудах употребительные натуральные материи сперва со всяким старанием вычистить, чтобы в них никакого постороннего примесу не было, от которого в других действиях обман быть может», — наставлял химика Михайло Ломоносов, величайший основоположник научной химии, автор первого, отправного ее закона — закона сохранения вещества.

Разделять — вот главное устремление химиков XVIII века; определять вес и меру — вот главные средства для достижения этой цели. «Природа даже через посредство людей никогда не производит соединения иначе, как с весами в руках — по весу и по мере!» — восклицал французский химик Л. Пруст. Эпоха гаданий и домыслов отошла в прошлое, уступив место эпохе уверенной, целенаправленной, напряженной работы. Весы, внесенные в химическую лабораторию, изгнали из нее теорию флогистона и ряд других допущений, опровергнутых измерениями.

Однако опыты способны не только ниспровергать старое и открывать новое, но и порождать беспощадно сложные вопросы. Как доказать, что в пробирке химический индивид, а не группа их? Что представляют собой однородные тела, которых так много в природе, — химические соединения или просто смеси?

Усилия великих умов были сконцентрированы на решении задачек из учебника для начальной школы, составленного строгим учителем — природой. В ходе решения химики знакомились с членами скрытной семьи элементов, всякий раз добиваясь этой чести наблюдательностью, терпением и остроумием эксперимента. То была бурная, весенняя пора метода химического анализа. Он помогал опознавать химические индивиды, давать им точные количественные характеристики.

Вновь после продолжительного перерыва наука вернулась к вопросу, живо обсуждавшемуся философами античности: что представляет собой вещество? Теперь, в XIX веке, на этот философский и естественнонаучный вопрос должны были дать ответ естествоиспытатели, творцы молодой неорганической химии. Правда, его уже в XVIII веке дал Ломоносов в своей корпускулярной теории. Но отсутствие необходимых точных данных о количественном составе сложных веществ не позволяло в его время проверить гениальные предположения ученого. Теперь эти данные были.

Точно славный богатырь Илья Муромец, ставший на ноги в «тридцать лет и три года», химия наверстывала свой затянувшийся младенческий и алхимический период бурными темпами, сказочными деяниями. Она вскрывала гармонию в головоломном хаосе разнообразия, сотворенного природой. Группируя немые и слепые факты, устраивая «очные ставки» между ними, устанавливая причинные связи между явлениями, неорганическая химия заставляла мертвую материю выбалтывать строжайшие секреты мироздания, открывала поистине фундаментальные законы природы. Среди них ярчайшее проявление научной прозорливости — периодический закон, периодическая система элементов Д. И. Менделеева. На этих законах природы воздвигалась могучая, безграничных возможностей наука.

В значительной мере именно она, неорганическая химия, формировала убеждение в материальности и познаваемости мира, опрокидывала одно за другим вздорные, трусливые басни о неисповедимой деятельности некоего всевышнего творца. Неорганика становилась фактором, определяющим духовный и материально-технический облик эпохи, непременным элементом знаний каждого культурного человека.

Неорганика неотступно двигалась вперед. Для дальнейшего, более полного и разностороннего познания естества, установления новых закономерностей химия вынуждена была обратиться к физическим методам исследования.

«Химик, не являющийся в то же время физиком, представляет собой ничто», — заявил Бунзен, один из авторов способа спектрального анализа.

В середине XIX века от неорганической химии, проявляющей равный интерес ко всем «кирпичикам мироздания», отпочковалась химия органическая, избравшая своим объектом соединения одного элемента — углерода.

Нашу Землю можно назвать планетой торжествующего углерода. Ни один элемент не «создал» столько соединений на земном шаре, сколько углерод. Соединения углерода считаются носителями жизни; все остальные вещества, хотя и изменяются со временем, рассматриваются как представители мертвого мира — так они малоподвижны, когда предоставлены самим себе.

Органический мир, живой мир, мир растительных и животных продуктов не мог не вызвать к себе жгучего интереса химиков. Их захватывало безудержное разнообразие этого мира, их манила трудность получения органических соединений искусственным путем.

Вторая половина прошлого столетия ознаменовалась серией блестящих достижений органического синтеза. Как бы воскрешая трупы растений и животных далекого прошлого, возвращая к жизни их энергию, краски, аромат, целебные свойства, органики синтезировали искусственные органические красители, ценные лекарства, разнообразные душистые вещества. Они приготовили бездымный порох, искусственный шелк, целлулоид, высококалорийные виды топлива.

В середине XIX века на фоне пышного расцвета органической химии неорганика казалась многим отцветшим, навсегда переставшим плодоносить деревом знаний. Ее фундаментальные законы, классические схемы технологических процессов вошли в учебники, стали прописными школьными истинами.

Подобные периоды временного затишья, неустойчивого покоя проходит в своем развитии каждая наука. Совсем недавно, например, «воскресла» древняя акустика. Ее уже списали было в историко-научный архив, как «вдруг» в нашу жизнь ворвались ультразвуки, нашли применение инфразвуки…

Предстояло сказать новое слово и неорганике.

Она сказала это новое слово, и ему с благодарностью внемлют самые передовые, самые романтические отряды науки и техники наших дней.

В новой Программе Коммунистической партии Советского Союза записано: «…совершенствование существующих и изыскание новых, более эффективных методов разведки полезных ископаемых и комплексного использования природных богатств».

Каждый читает по-своему. Геологи встрепенулись, встретив слово «разведка», химикам бросилось в глаза «комплексное использование».

…На столы химических лабораторий без конца прибывают каменные посылки постоянного корреспондента — природы. Надо быстро «вскрыть» и точно определить их содержимое.

С этого начинается служба неорганической химии. Надо полно и безошибочно ответить на вопрос: «Что там?» Ведь решается судьба горы, приславшей «посылку», и характер промышленности, которой предстоит эту гору «переваривать», и будущее края, где найдено новое месторождение. Казалось бы, что тут сложного? Раз элементы открыты, их соединения большей частью известны. И все же задача эта не всегда решается просто. Например, особого внимания к себе требуют металлы платиновой группы, редкоземельные «близнецы», селен, теллур и некоторые другие. Они заставляют аналитиков изрядно покопаться в сырье.

Но вот содержимое «посылки» разложено по полочкам. Дана характеристика сырью «по валу» и «по номенклатуре» имеющихся в нем химических элементов. Надо далее указать, в какой форме, в каком содружестве каждый элемент присутствует в сырье. Это помогает решить вопрос, выгодно ли заниматься обогащением руды. Недаром химический анализ, готовящий ответы на такие вопросы, называется «рациональным».

Скрупулезно изучая свойства «кирпичиков мироздания», наука давно пришла к заключению, что бесполезных среди них нет. Практика подтверждает этот вывод: все меньше представителей таблицы Менделеева ожидают получения работы за воротами производства.

Комплексное использование природных богатств, как правило, задача исключительно сложная. Для ее решения обычно требуется немало времени и консолидация сил научно-исследовательских и проектных организаций.

История освоения апатито-нефелиновой «шкатулки», припрятанной природой на Кольском полуострове, началась более трех десятков лет назад, а не закончилась и поныне. «Шкатулку» нашли в Хибинах академик А. Е. Ферсман и А. Н. Лабунцов. Это крупнейшее месторождение было роскошным подарком науки народному хозяйству юной республики.

Вначале добываемая здесь порода проходила сравнительно короткий путь переработки: ее обогащали и выделяли апатитовый концентрат. Полупродукт поступал на предприятия, где по способу, разработанному под руководством академика С. И. Вольфковича, из него изготовляли удобрения — суперфосфат, аммофос, преципитат.

Это было большим событием в экономической жизни страны.

Но радость победы химикам отравлял сам виновник торжества — хибинский минерал. Они-то знали, что в нем прячется целый набор элементов и их соединений, что каждое из этих веществ требуется или в ближайшее время станет остронеобходимым народному хозяйству.

Самая яркая страница в эпопее освоения этого ископаемого богатства связана с получением алюминия. При переработке породы выделялся в форме концентратов нефелин. Он содержал сложное соединение Na₂O · Al₂O₃ · 2SiO₂. Алюминий и щелочь — в отходах! Примириться с этим действительно было трудно. Но разработать технологию нового процесса казалось еще труднее. Как и всякая сложная задача, эта породила и энтузиастов и скептиков. Спор между ними закончился в послевоенное время. В Институте прикладной химии был разработан, а на Волховском алюминиевом заводе внедрен способ промышленного получения щелочей и цемента из недавних отходов «крылатого металла». Как известно, руководитель этой работы Д. Л. Талмуд был удостоен Ленинской премии.

Но, как мы уже сказали, «шкатулка» еще не исчерпана до дна. Алюминию в нефелине сопутствуют галлий и некоторые другие редкие элементы. Возможности заманчивые.

Подобными «шкатулками» природа щедро одарила наши недра. Под боком у бурного Каспия лежит отделенный от него длинной песчаной косой тихий залив Кара-Богаз-Гол. Веками вливало море в эту плоскую тарелку свою густо-соленую воду. Южное солнце выпивало влагу, а соль оставалась. Это соль земли, собираемая реками, как дань, с территорий, по которым они протекают. Какие только породы не встречают на своем пути вечные странницы! И повсюду бегущий поток вымывает растворимые химические соединения.

Свою добычу реки отдают морю. Не удивительно, что в его водах собираются чуть ли не все элементы таблицы Менделеева. Кара-Богаз-Гол — место, где похищенные реками богатства море возвращает суше. Но если в земле эти вещества рассеяны на необозримых просторах, здесь они как на складе. Кара-Богаз готов отпустить потребителю несметные количества натрия, магния, калия, кальция в различных соединениях. Полагают, что при заводской переработке солей и рапы залива могут быть легко получены и такие лакомые для новейшей техники элементы, как литий, бор, а также бром, йод и другие. А для особо усердных искателей древний Кара-Богаз бережет на своем дне даже благородные металлы — золото и серебро.

Пока эта живая таблица Менделеева — в основном лишь потенциальное месторождение.

Кара-Богаз ждет своего часа. Ждет тех, чью волю и энергию он прославит, раскрыв народному хозяйству страны свои истомившиеся сокровища.