Сергей Венецкий - О редких и рассеянных. Рассказы о металлах

• Название: О редких и рассеянных. Рассказы о металлах
• Автор: Сергей Венецкий
• Издательство: Металлургия
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1981

В научно-популярной форме автор рассказывает об истории открытия, свойствах и применении важнейших редких (в том числе и рассеянных) металлов.

Книга предназначена для самого широкого круга читателей: студентов, преподавателей, учащихся, специалистов — всех интересующихся историей и развитием металлургии, химии, материаловедения.

---

Окись осмия используют в качестве черного красителя для живописи по фарфору: соли этого элемента применяют в минералогии как сильные травители. Большинство же осмиевых соединений, в том числе разнообразные комплексы (осмий проявляет присущую всем платиновым металлам способность к образованию комплексных соединений), а также его сплавы (кроме уже известного осмиридия и некоторых сплавов с другими платиноидами, вольфрамом и кобальтом), пока «томится» в ожидании подходящей работы. Можно не сомневаться, что в ближайшее время вопрос их «трудоустройства» будет решен и они заговорят о себе в полный голос. Да и сам осмий еще не сказал последнего слова.

А пока инженеры и ученые ищут экономически выгодные пути расширения производства этого ценного металла, изыскивают новые источники его получения. Важные работы в этом направлении были проведены на Норильском горно-металлургическом комбинате имени А. П. Завенягина. Металлурги знали, что в медно-никелевых рудах, поступающих на комбинат, имеются металлы платиновой группы, включая осмий. Но поскольку количество его в руде было мизерным, на него не обращали внимания, стараясь получить лишь как можно больше меди и никеля.

«Почему бы не попытаться попутно извлекать этот благородный металл», задумались несколько лет назад ученые опытно-исследовательского центра комбината. Задача, которую они поставили перед собой, была очень сложной: требовалось узнать, как ведет себя осмий на различных стадиях переработки сырья, определить места его наибольших скоплений, выяснить, на каком этапе производственного процесса он теряется, попадая потом в отходы. Для этого нужно было проделать множество сложнейших анализов на каждом участке технологической цепочки.

Но вот эта часть задачи решена. Теперь предстояло создать технологию улавливания осмия из металлургических газов, спроектировать, изготовить и смонтировать промышленную установку, которая должна была стать ловушкой для осмия. И с этими проблемами работники комбината справились успешно: в ассортименте продукции заполярного предприятия появился осмиевый концентрат.

Полученный в Норильске концентрат поступает затем «на материк», где рождается чистый осмий-один из наиболее дефицитных в наши дни металлов.

ВСЕ ЦВЕТА РАДУГИ (ИРИДИЙ)

После взятия Бастилии. — Непростительные грехи. — Испытание временем. Послужной список. — Сердце бьется чаще. — Знатное происхождение. — Не по карману. — В иридиевой «рубашке». — Радуга солей. — Остатки с Монетного двора. — Опасная «дегустация». — Санкция министра. — В честь России. — Безрадостные вести. — «Я много терпел от нее». — Искренние поздравления. — В порядке очереди. — Что происходит под мостом? — Во чреве доменной печи. — Тринадцатая, но счастливая. — Возбуждаться или не возбуждаться? — Иридий попадает в историю.

14 июля 1789 года восставший народ Франции штурмом взял Бастилию началась Великая французская революция. Наряду со многими декретами и постановлениями, носившими политический, социальный, экономический характер, революционное правительство приняло решение ввести четкую метрическую систему мер. По предложению комиссии, в которую вошли авторитетные ученые, в качестве единицы длины — метра — была принята одна десятимиллионная часть четверти длины парижского географического меридиана. В течение пяти лет Ж. Деламбр и П. Мешен — крупнейшие специалисты в области астрономии и геодезии — проводили скрупулезные измерения дуги меридиана от Дюнкерка до Барселоны.

В 1797 году расчеты были завершены, а спустя два года изготовили первый эталон метра — платиновую линейку, получившую название «метр архива», или «архивный метр» (по месту хранения). За единицу массы — килограмм — приняли массу одного кубического дециметра воды (при 4 °C), взятой из Сены. Эталоном килограмма стала платиновая цилиндрическая гиря.

С годами, однако, выяснилось, что естественные прототипы этих эталонов парижский меридиан и вода из Сены — не очень удобны для воспроизведения, да и к тому же не отличаются примерным постоянством. Такие «грехи» ученые-метрологи сочли непростительными. В 1872 году Международная метрическая комиссия решила отказаться от услуг природного прототипа длины: эту почетную роль доверили «архивному метру», по образу и подобию которого изготовили 31 эталон в виде брусков, но уже не из чистой платины, а из сплава ее с иридием (10 %). Через 17 лет аналогичная участь постигла и воду из Сены: прототипом килограмма была утверждена гиря, выполненная из того же платиноиридиевого сплава, а международными эталонами стали 40 ее точных копий.

Иридий не случайно оказался союзником платины в эталонном сплаве. Требования к этому материалу очень высоки: он должен обладать необычайно большой прочностью и твердостью, быть тугоплавким и износостойким, не знать страха перед коррозией и совершенно не реагировать на изменения температуры. Сама платина не может сдать на «отлично» все эти экзамены, а вот ее сплав с иридием блестяще выдерживает трудное испытание уже в течение столетия. Правда, за это время «архивный метр» вынужден был уйти в отставку (в 1960 году эталоном метра стала длина, равная 1650763,73 длины волны оранжевого излучения атома изотопа криптона-86), но самый главный в мире килограмм по-прежнему остается в строю.

Служба мер и весов — отнюдь не единственное занятие платиноиридиевых сплавов. Из них делают жаростойкие тигли, которые безболезненно переносят сильный нагрев в агрессивных средах; в таких тиглях, в частности, выращивают кристаллы для лазерной техники. С почтением относятся к этим сплавам и ювелиры: они охотно изготовляют из них красивые изделия, всегда пользующиеся большим спросом. Детали химической аппаратуры и точнейших приборов, электроконтакты, хирургические инструменты, пружины, лабораторная посуда — вот далеко не полный послужной список сплавов платины с иридием.

Несколько лет назад этим сплавам предложили новую ответственную роль: из них были изготовлены зажимы электродов электрических стимуляторов сердечной деятельности. Электроды вживляются в сердце человека, страдающего стенокардией; в теле больного находится и крохотный приемник, присоединенный к электродам и генератору с кольцевой антенной, закрепляемой на теле рядом с приемником (генератор же может располагаться, например, в кармане костюма). Как только начинается приступ стенокардии, больной включает генератор. Поступающие при этом в кольцевую антенну импульсы передаются в приемник, из него — на электроды, а затем через платиноиридиевые зажимы — на нервы, которые заставляют сердце работать активнее.

Многие ценные свойства присущи и сплавам иридия с другими металлами. Широко известен природный сплав осмия и иридия — осмиридий (подробно о нем рассказано в очерке об осмии «Обида благородного металла»). Незначительные добавки иридия к вольфраму и молибдену позволяют им сохранять прочность при высоких температурах. Титан и хром без посторонней помощи снискали себе репутацию стойких борцов с кислотами, но иридий сумел повысить и без того высокие их антикислотные «личные рекорды».

Быть может, у читателя сложилось впечатление, что иридий успешно выступает лишь как «соучастник» крупных дел. Совсем нет: ему по плечу и отличные «сольные номера». У этого серебристо-белого металла не только приятная внешность, но и прекрасные физические данные. Он обладает значительной твердостью и прочностью, стойко сопротивляется высоким температурам, износу и другим опасным воздействиям. Его характерная черта-очень большая плотность (22,4 г/см3). В этом отношении он уступает лишь своему ближайшему соседу-осмию. Вместе с другими членами семейства платины иридий относится к благородным металлам. Столь знатное происхождение обеспечивает ему независимое положение в обществе любых кислот, которые не в силах подействовать на него ни при обычной, ни при повышенной температурах. Даже встреча с такой коварной и едкой особой, как царская водка, проходит для иридия бесследно, не оставляя никаких печальных воспоминаний. К сожалению, этого не скажешь о расплавленных щелочах и перекиси натрия — им иридий противостоять не в силах.

Несомненное достоинство иридия — его способность практически вечно сохранять свои ценные свойства, как бы ни менялись окружающие условия. Если бы не высокая стоимость (он дороже самой платины!), перед ним были бы распахнуты двери во многие сферы научной и инженерной деятельности человека. Пока же такая роскошь ученым и конструкторам часто не по карману, и поэтому иридий работает сегодня лишь там, где он практически незаменим. Так, из этого металла изготовляют лабораторные тигли для проведения опытов с грозным фтором и его агрессивными соединениями. Из иридия делают также мундштуки для выдувания тугоплавкого стекла. Для измерения высоких температур (2000–2300 °C) сконструирована термопара, электроды которой выполнены из иридия и его сплава с рутением или родием. Пока такой термопарой пользуются лишь в научных целях, а на пути внедрения ее в промышленность стоит все тот же барьер — высокая стоимость.