От водорода до …? - Таубе Петр Рейнгольдович - Страница 34

Самый твердый металл

В 1797 г. французский химик Л. Вокелен впервые исследовал красноватый, тяжелый минерал крокоизит, попавший в его руки из далекой Сибири.

Крокоизит, чаще называемый крокоитом (от греческого «крокос» — шафран), — редкий минерал, найденный на Урале в 40-х годах XVIII в. и описанный М. В. Ломоносовым. Затем он был найден в Сибири петербургским профессором химии И. Леманом в 1762 г. От него попал к Вокелену, который открыл в сибирском минерале соединение нового элемента. Выделить этот элемент в чистом виде он не смог. Пораженный разнообразием окрасок, образуемых разными соединениями вновь открытого элемента, Вокелен назвал его хромом (от греческого слова «хрома» — цвет, краска). В сравнительно чистом виде новый элемент был выделен в 1799 г. Ф. Тассером. Он представлял собой серо-стальной металл с серебристыми блестками в изломе, тугоплавкий (температура плавления 1800 °C), не окисляющийся при обычных условиях, с плотностью, почти равной плотности железа (7,8).

Впоследствии было установлено, что твердость хрома наибольшая по сравнению с другими металлами. Необычайно высокая прочность, твердость, устойчивость к внешним воздействиям и легкость образования сплавов с другими металлами, особенно с железом, сделали хром одним из важнейших металлов в металлургии сплавов.

Хром применяется для получения различных сортов специальных сталей в изготовлении стволов огнестрельных орудий (от ружейных до пушечных), броневых плит, несгораемых шкафов и т. д. Стали, содержащие более 13 % хрома, почти не ржавеют и применяются для изготовления подводных частей кораблей, в частности, для постройки корпусов подводных лодок.

Хром широко применяется для хромирования изделий. Хромирование осуществляется электролитическим путем. Несмотря на то, что толщина наносимых пленок часто не превышает 0,005 мм, хромированные изделия становятся устойчивыми к внешним воздействиям (влаге, воздуху) и не ржавеют.

Из соединений хрома изготавливаются хромистые кирпичи — хромомагнезиты, применяемые в рабочем пространстве металлургических печей и других металлургических устройствах и сооружениях.

Соединения хрома встречаются в Родезии (Южная Африка), в Греции, в Новой Каледонии (остров в Тихом океане близ Австралии), на Урале. Хром относится к довольно распространенным элементам. На долю хрома приходится 0,006 % от общего числа атомов земной коры.

Хром — постоянная составная часть растительных и животных организмов. В крови содержится от 0,012 до 0,0035 % хрома.

Верный спутник стали и чугуна

Известный естествоиспытатель и писатель древнего Рима Плиний Старший указывал на чудесную способность черного порошка осветлять стекло. Давно это вещество, дающее при размалывании черный порошок, называется пиролюзитом, или двуокисью марганца. О способности пиролюзита очищать стекло писал в 1540 г. и Ваноччио Бирингуччио. Пиролюзит является важнейшей рудой для получения марганца — металла, употребляемого главным образом в металлургии.

Марганец содержится во всех видах стали и чугуна. Способность марганца давать сплавы с большинством известных металлов используется для получения не только различных сортов марганцевой стали, но и большого числа нежелезных сплавов (манганинов). Из них особенно замечательными являются сплавы марганца с медью (марганцевая бронза). Она, подобно стали, может закаляться и в то же время намагничиваться, хотя ни марганец, ни медь не обнаруживают заметных магнитных свойств.

Интересными свойствами обладает сплав, называемый нормальным манганином, содержащий 11–13 % марганца, 2,5–3,5 % никеля и 86 % меди. Отличаясь высоким электросопротивлением и малой термоэлектродвижущей силой в паре с медью, этот сплав особенно пригоден для изготовления катушек сопротивления. Способность манганина изменять сопротивление в зависимости от давления, под которым находится сплав, используется при изготовлении электрических манометров. В самом деле, чем измерить давление, например, в 15–25–30 тыс. атмосфер? Никакой обычный манометр не может выдержать такого давления. Жидкость или газ вырываются сквозь стенки трубки, как бы прочны они ни были, с силою взрыва. Иногда даже не удается найти микроотверстий, через которые прорывается содержимое манометрической трубки. В этих случаях манганин является незаменимым. Измеряя электрическое сопротивление манганина, находящегося под определяемым давлением, можно по заранее вычерченному графику зависимости сопротивления от давления вычислить последнее с любой степенью точности.

Из соединений марганца, нашедших применение в практической деятельности человека, следует указать на двуокись марганца и марганцевокислый калий (перманганат калия), наиболее известный, особенно у медиков, под названием «марганцовки». Двуокись марганца находит применение в гальванических элементах типа Лекланше, получении хлора, приготовлении каталитических смесей (гопкалит в противогазах). Марганцевокислый калий широко применяется в медицине как антисептическое средство для промывания ран, смазывания ожогов и т. д., для промывания желудка при отравлении фосфором, алкалоидами, солями синильной кислоты. Также широко применяется перманганат калия в химии при аналитических исследованиях, получении хлора, кислорода и др.

Природа богата марганцем. Его меньше, чем железа, но больше, чем хрома. Он распространен примерно так же, как сера или фосфор. Богатые залежи марганцевых руд находятся в Индии, Бразилии, Западной и Южной Африке.

Первое место в мире по запасам промышленных марганцевых руд занимает Советский Союз. Богатейшие месторождения (пиролюзит) находятся в Грузии, в окрестностях Чиатуры, богатые залежи имеются также на Украине. На Урале имеются залежи орлеца, или родонита, который по составу представляет соль марганца и кремниевой кислоты. Этот минерал нежно-розового цвета (отсюда название: родонит от греческого «родон» — роза), хорошо полируется и часто применяется для облицовки. Родонит, по-видимому, был известен еще в древней Руси под названием бакана. Родонит следует считать русским камнем, потому что нигде в других местах земли он не встречается в таких скоплениях и не отличается такой красотой, как на Урале. Изделия из родонита хранятся в Эрмитаже, в Петропавловском соборе в Ленинграде и украшают подземные дворцы московского метрополитена. Колонны станции «Площадь Маяковского» украшены каймой родонита красивого малинового цвета.

Марганец был получен в 1807 г. Это — серый с розоватым отливом, твердый, но хрупкий металл. Удельный вес марганца — 7,4. Температура плавления (1250 °C) ниже, чем у железа. На воздухе, особенно влажном, марганец покрывается тонкой пленкой окислов. Большая активность марганца при взаимодействии с серой, кислородом и фосфором используется при выплавке стали, которую марганец очищает от сернистых и фосфорных соединений.

Марганец — биоэлемент, в ничтожных количествах он необходим для нормального развития организмов. Некоторые животные и растительные организмы накапливают марганец (ржавчинные грибы, морская трава, водяной орех — до 1 %). Наибольшее количество марганца накапливают в себе некоторые бактерии (до нескольких процентов от собственного веса). В крови человека содержится от 0,002 до 0,003 мг % марганца. Суточная потребность человека в марганце не превышает 3–5 мг.

От слова «магнезия» получили свои названия марганец и магний. Происхождение наименования двух химических элементов от одного и того же слова объясняется тем, что пиролюзит долгое время противопоставлялся белой магнезии и назывался черной магнезией. После получения металла в чистом виде марганец был переименован. В основу названия было положено греческое слово «манганезе», что значило очищать (намек на его применение в древности в качестве «очистителя» стекла). Некоторые исследователи считают, что название элемента произошло от латинского слова «магнес» — магнит, так как пиролюзит, из которого добывают марганец, считался в древности разновидностью того вещества, которое теперь называется магнитным железняком.