Аркадий Локерман - Рассказ о самых стойких

• Название: Рассказ о самых стойких
• Автор: Аркадий Локерман
• Жанр: Химия

Почти полвека тяжелые серебристые песчинки, неразлучные спутники золота, добывавшегося в Южной Америке для пополнения испанской казны, по приказу короля при свидетелях уничтожали: они «портили» золото и подрывали доверие к отчеканенным из него монетам. Но прошло время, и выяснилось, что эти песчинки, прозванные платиной (что-то вроде серебришка, производное от испанского plata — серебро), по «благородству» не уступают ни золоту, ни серебру. Были обнаружены еще пять родственных платине элементов. Благодаря высокой химической стойкости, тугоплавкости и другим замечательным свойствам все члены семейства оказались незаменимыми в целом ряде областей науки и техники.

Рецензенты: Ермаков Николай Порфирьевич, доктор геолого-минералогических наук, профессор МГУ: Генкин Александр Дмитриевич, кандидат геолого-мннералогических наук, старший научный сотрудник Института рудных месторождений АН СССР.

Научно-художественная книга для широкого круга читателей.

---

Высокая электропроводность металлов также обусловлена «коллективизированными» электронами. В «нейтральном» металле они перемещаются по всем направлениям равномерно, но при подключении к источнику электроэнергии их движение становится направленным к положительному полюсу и скорость возрастает. По сравнению с веществами, не имеющими свободных электронов, проводимость металлов больше в 1025 раз. Наилучшей проводимостью обладают серебро, медь, золото. Платиноиды им уступают, но у них самое низкое значение величины удельного электросопротивления.

Способность металлов проводить теплоту при нагревании пропорциональна их электропроводности, потому что тепло тоже в основном передается электронной средой. У неметаллов, в которых тепло распространяется лишь колебанием ионов и атомов кристаллической решетки, теплопроводность в тысячу раз ниже. При нагреве возрастают колебательные движения ионов и соответственно затрудняется движение «коллективизированных» электронов. Это приводит к росту электрического сопротивления (у платиноидов оно возрастает в 3–5 раз при температурах, превышающих 1200 °C). С повышением температуры теплопроводность снижается у всех платиновых металлов, за исключением самой платины (объяснение этому еще не найдено).

Энергией межатомных связей определяется тугоплавкость металлов качество, необычайно важное для современной техники, работающей в условиях высоких температур: головные части ракет, пробивающие плотные слои атмосферы, сопла ракетных двигателей и газовых турбин и т. д. Чем выше температура, тем сильнее раскачивается кристаллическая решетка, и металлы, имеющие, например, гексагональное строение, расширяясь резко неодинаково по различным направлениям, быстро разрушаются. Среди металлов наиболее устойчивой, кубической структуры самые выносливые те, у кого энергично работают электроны с уровня d. Чемпион по тугоплавкости-вольфрам (3380 °C), но он не жаростоек. Уже при 700 °C вольфрам начинает «потеть», покрывающая изделия прочная пленка его окисла улетучивается.

Поэтому он чемпион лишь в условиях вакуума или в атмосфере инертных газов, а во всех более трудных условиях незаменимы платиноиды.

Долгое время металлы удавалось сопоставить только по их физическим свойствам (плотность, твердость, магнитность и т. д.). Этого недостаточно, чтобы предвидеть их поведение при различных химических процессах. Разработать объективный критерий для сопоставления «силы» металлов, их активности, удалось харьковскому профессору Н. II. Бекетову. В 1865 году он опубликовал i «Исследования над явлением вытеснения одних элементов другими», в которых приведены результаты воздействия водорода на соли различных металлов, что позволило построить «вытеснительный ряд» по скорости и направленности процесса (теперь его называют «электрохимическим рядом напряжении», последовательность в котором определяется величиной энергии, необходимой, чтобы оторвать от атома один электрон). По трудности этого отрыва платина вместе с золотом стоят на самой высокой ступени. Бекетов присудил платине «пальму первенства» как сочетающей в себе химическую стойкость золота, тепло- и электропроводность серебра и превосходящей их по механической прочности и жаростойкости.

Познание строения вещества несколько прояснило причины «магического» воздействия катализаторов. Установлено, что для них типична разнообразная конфигурация кристаллов, ступенчатость их строения, расположение атомов не только на плоских гранях, но и на ребрах, где они окружены меньшим числом соседей и способны взаимодействовать особенно энергично. Как показали специальные исследования, у платины, например, активность атомов, расположенных на ребрах, в 60 раз выше, чем у тех, что находятся на гранях.

Благодаря высокой энергии поверхностных электронов, катализаторы при соприкосновении с другими веществами вступают в мгновенные взаимодействия, разрывают их молекулы и тут же восстанавливают свой состав (такие взаимодействия называют промежуточными).

Каталитические свойства наиболее ярко проявлены у d-элементов; среди них платина резко выделяется широтой энергетического спектра атомов и разнообразием их позиций, что и определяет се замечательную активность при самых разнообразных процессах.

У многих других катализаторов, в том числе и у платиноидов, эти качества проявлены более узко, что и обусловливает избирательность их каталитического воздействия.

Далеко еще не все особенности платиноидов получили свое объяснение, в их числе феноменальная способность рутения и палладия сорбировать водород (до 1500 кубических сантиметров его в одном кубическом сантиметре), но в целом успехи в познании платиновых металлов очень велики и значительно расширили возможности рационального их использования.

В НАШИ ДНИ

Платиновые металлы существуют теперь, можно сказать, в трех ипостасях: они — сокровища (по мнению людей дальновидных, более надежные, чем золото!), они-труженики (незаменимые во многих областях техники!) и они «стратегический резерв» (всевозрастающий!).

Поэтому их бережно хранят, неохотно расходуют и публикуемые о них сведения неполны и нередко противоречивы.

Мировое потребление платиновых металлов, например, за 1975 год канадские и английские горные журналы оценивают в 150–200 тонн (из них около 30 тонн получено за счет вторичной переработки изделий, а остальное из недр). Как доказательство надежности этих цифр, а также для характеристики «кто есть кто» на современном платиновом рынке, в этих журналах приведены данные международных аукционов. Всего было куплено в 1975 году (в тоннах): 175, в том числе платины-105, палладия-51, остальных платиноидов-17. Больше всех купила Япония-64,1, за ней следуют США-51,6, ФРГ-22,2, Швейцария-11,2, Нидерланды-8,3, Франция-7,5, Великобритания — 6, прочие страны — около 2.

Среди продавцов на капиталистическом рынке господствует ЮАР-до 100 тонн в год, за ней следует Канада-до 15 тонн в год, а все остальные (США, Колумбия, Перу и другие) — всего сотни килограммов.

И в последующие годы ситуация на рынке сохранялась примерно в таком же виде, с той же иерархией продавцов и покупателей. В целом же рост потребления платиновых металлов в капиталистическом мире происходит примерно на 5 процентов в год, причем тенденция является устойчивой, за последние полвека добыча их возросла раз в тридцать, далеко опередив по темпам роста добычу большинства других полезных ископаемых (например, добычу золота за тот же период удалось увеличить лишь в 2–3 раза). Успех в отношении платиновых металлов обусловлен освоением крупных платформенных месторождений; рост добычи сопровождался и существенным изменением цен.

По данным «Канадского горного журнала» (№ 2, 1977), рыночные цены в 1976 году колебались в таких пределах-в долларах США за 1 унцию (31,1 грамма): золото 101–137, платина 162–180, палладий 50–60, родий 300–450, иридий 300–400 (в предшествующем году иридий стоил 600 долларов).

Соотношение — платина дороже золота примерно в полтора раза установилось после второй мировой войны и сохраняется довольно устойчиво, сами же цены на драгоценные металлы неудержимо растут. В начале 1980 года за унцию золота на биржах капиталистических стран уже платили по 500 долларов, а платина впервые превысила 700-долларовый рубеж (соответственно взлетели цены и на все платиноиды).

Как показывают биржевые бюллетени, платиновые металлы устойчиво остаются в числе дефицитных, и запасы у продавцов обычно не превышают полугодовой потребности, а спрос нередко превышает предложение. Это, впрочем, не всегда обусловлено реальными экономическими потребностями. Так, в 1976 году управление чрезвычайной готовности США внезапно увеличило свой запас платины с 14 до 41 тонны, а палладия с 39 до 76 тонн.

В связи с финансовыми бурями, сотрясающими экономику капиталистических стран, получили известность слова английского финансиста Бутби о том, что большинство людей больше не верит ни во что, а остальные верят только в драгоценные металлы. И запас их, лежащий мертвым грузом в хранилищах банков, неуклонно растет. Данные о количестве платиновых металлов, хранимых как сокровища, очень противоречивы. Более подробная информация имеется о промышленном использовании этих металлов. Если, например для Японии и Швейцарии характерна узкая специализация — использование платины главным образом для ювелирных изделий и приборостроения, то для США, ФРГ, Франции и некоторых других стран характерен широкий и весьма изменчивый спектр применений. В 1973 году в США расход платины (21 тонна) по отраслям промышленности распределялся так: (в процентах) химическая-35, нефтеперерабатывающая- 18, электротехническая — 17, стекольная — 11, автомобильная — 10, медицинская — 4, ювелирная — 3, прочие — 2.

Использование палладия достигло тогда рекордной величины — 32 тонн, и в дело пошли запасы этого металла, цена на него взлетела.