Рассказ о самых стойких - Локерман Аркадий Александрович - Страница 36

Исследования последних десятилетий показали ошибочность долго господствовавшего представления о том, что в условиях земной коры платиновые металлы способны образовывать в сколько-нибудь значительном масштабе лишь сплавы между собой и с железом.

Теперь установлено значительное распространение интерметаллическнх образований — металлидов. Они занимают как бы промежуточное положение между изменчивыми по составу сплавами и химическими соединениями, с характерным для них постоянным целочисленным соотношением элементов, отвечающим представлениям о валентности.

К металлидам относятся, например, минералы, состоящие из платины, палладия, олова и свинца.

Замечательный итог последнего периода изучения платинидов — это доказанное широкое распространение и практическое значение минералов-невидимок: арсенидов, антимонидов, висмутидов, сульфоарсенидов, сульфидов, селенидов, теллуридов — химических соединений платиноидов с серой и ее аналогами.

Зерна, которые еще недавно считали мономинеральными, оказались сложными сростками. Мир платиновых минералов расширился, и вместе с этим выяснилось, что для платиновых металлов характерна и «безминеральная» форма существования, в тончайше распыленном, вероятно атомарном, состоянии, что позволяет им прятаться в кристаллических решетках многих минералов.

Познание форм существования платиновых металлов в природе содействовало успехам технологии.

Правда, она еще очень сложна, насчитывает свыше 60 трудоемких операций (дробление, растворение, магнитная сепарация, флотация, плавка, термическая обработка, электролиз и т. д.), но уровень извлечения все же повысился настолько, что в наши дни сульфидные месторождения платформ стали основным источником платиновых металлов. Доля россыпей теперь составляет лишь несколько процентов.

Попутное получение платиновых металлов (вместе никелем и медью) не привело пока к их удешевлению. Более того, стоимость их растет (о причинах этого будет идти речь дальше), и рациональное использование становится все более актуальной проблемой. Для решения ее необходимо ясное представление о свойствах и строении этих металлов. Что же удалось узнать?

МИР АТОМОВ

В истории науки открытие платины оставило яркий след, подорвав веру в самое святое — неподдельность золота и непогрешимость Библии, развенчав алхимию. Такими негативными результатами дело не ограничилось. Дальнейшее изучение платиновых металлов не только расширило возможности их практического применения, но и привело к нескольким поистине великим открытиям.

В 1823 году, когда свойства платины уже считали хорошо изученными, немецкий химик И. Дёберейнер продемонстрировал опыт, который выглядел как фокус и вызвал общее недоверие. Дёберейнер, выпуская из сосуда струю водорода, помещал на ее пути тонкодисперсную (губчатую) платину, и тотчас же водород загорался сам собой при комнатной температуре и даже на морозе.

Опыт повторяли многие и убедились — подвоха нет. Сколько бы раз ни воспламеняли струю, сколько бы времени ни горел водород, платина у контакта с ним остается неизменной, сохраняя свой вес, вид, свойства. Следовательно, она не участвует в реакции, так почему же тогда, соприкасаясь с ней, загорается водород? Почему нагревается платина?

Объяснить это не смог тогда никто, за исключением, как иронически отметил автор открытия, сторонников старой версии о том, что платина творение бесовское. Не пытаясь их опровергнуть, Дёберейнер сосредоточил усилия на практическом использовании замечательного свойства, создав водородное (или дёберейнерово) огниво — свинцовый сосуд, в котором серная кислота, реагируя с цинком, образует водород. Его струя, при выходе из крана, соприкоснувшись с платиновой пластинкой, загоралась. Горение прекращали, закрыв кран. При этом давление газа в сосуде возрастало, оттесняя кислоту от цинка, и образование водорода прекращалось, пока кран вновь не будет открыт.

Такой быстрый и безопасный способ получения огня до изобретения спичек пользовался широким распространением. Огниво сумели «миниатюризировать» почти до размера современной зажигалки.

Новое свойство платины привлекло общее внимание и тут выяснилось, что первым, правда в менее эффектной форме, его подметил X. Дэвн, обнаруживший в 1818 году, что в присутствии платины кислород самопроизвольно превращает винный спирт в уксусную кислоту.

Вскоре Дёберейнер продемонстрировал еще один эффектный опыт: он взрывал гремучий газ, приближая к нему платину, как волшебную палочку.

В те же годы другие исследователи установили, что способность возбуждать химические реакции, замедлять их или ускорять не является уникальной особенностью платины, а присуща и некоторым другим элементам и соединениям.

Берцелиус в 1835 году предложил вещества, обладающие таким свойством, называть катализаторами (от древнегреческого: разлагать, возбуждать).

Вслед за огнивом были изобретены каталитические грелки. Они применяются и поныне: горючее из резервуара по фитилю подводят к платиновому катализатору. Под его влиянием, взаимодействуя с кислородом воздуха, горючее окисляется и порождает тепло без образования пламени, при безопасной для воспламенения температуре.

В конце прошлого века был придуман контактный способ получения серной кислоты путем окисления сернистого газа на платине. Для экономного ее расходования применили «пушонку» — тончайшие волокна асбеста, покрытые платиновой чернью.

С той поры катализаторы, платиновые и другие, применяются все шире (об этом будет еще речь) и во многом обусловили прогресс химической технологии, хотя причины их «магического» действия прояснялись очень медленно, вместе с ростом знаний о строении вещества. Основа этих знаний — периодическая система элементов Д. И. Менделеева, Сущность ее общеизвестна и не требует пояснений. Здесь надо лишь отметить особую роль платиновых металлов в ее рождении. Химия тогда представляла, по существу, лишь набор разрозненных сведений об элементах и их соединениях. Попытки систематизации базировались в основном на внешних признаках и успеха не приносили.

Открытие Волластоном и Теннантом четырех элементов, спутников платины, вызвало предположения о том, что соседство их не случайно, а обусловлено химической общностью, но доказать родство могли только очень глубокие и трудные сопоставительные исследования. Выполнить их смог только К. К. Клаус. Открытый им рутений внес как бы симметрию в строение семейства. заполнил недостающее звено. Накопленные за 20 лет упорного труда данные позволили Клаусу обосновать, что все эти металлы по своим химическим свойствам «являются членами нераздельной хорошо образованной группы».

Результаты исследований Клауса привлекли особое внимание Д. И. Менделеева. В 1869 году он опубликовал книгу «Основы химии», которая навсегда стала подлинной основой не только химии, но и всех наук, изучающих строение вещества. В ней Менделеев особо отметил, что в открытии периодической системы путеводной нитью послужило «замечательное сходство между рядами Pd-Rh-Ru и Pt-Ir-Os… установленное казанским профессором Клаусом».

Следует напомнить и о том, что платиновые металлы, послужив «путеводной нитью», вскоре обратились в «твердый орешек», когда пришлось Менделееву решать, где же их место в периодах и группах системы.

Данные о свойствах платиновых металлов приведены в таблице 1.

Бросается в глаза наиболее четкое различие: членов семейства можно, почти по Чехову, подразделить на «тонких» и «толстых» или на «тяжелых» и «сверхтяжелых» (по принятой в науке классификации).

При создании периодической системы Д. И. Менделеев построил все элементы в шеренгу по атомному весу, или, применяя современную терминологию, по их атомным номерам. Семейство платиноидов оказалось в этом строю разорванным на две триады: рутений (№ 44), родий (№ 45), палладий (№ 46) и осмий (№ 76), иридий (№ 77), платина (№ 78). Разделяют их тридцать иных элементов, и, следовательно, место этим триадам в разных периодах системы.