От водорода до …? - Таубе Петр Рейнгольдович - Страница 45

Несмотря на то, что циркония в природе столько же, сколько и меди (0,003 %), он иногда и сейчас еще называется «редким» элементом. Это объясняется его распыленностью и трудностью выделения из природных соединений. Получение циркония, как и ряда других редких металлов, особенно в чистом виде стало возможным после того, как был разработан оригинальный метод, называемый «йодидным». Загрязненный металл соединяют с йодом. Йодистое соединение циркония помещается затем в цилиндрический сосуд. В центре этого сосуда проходит вольфрамовая нить, нагретая до 1400 °C. При нагревании йодистого соединения циркония его пары касаются нагретой вольфрамовой проволоки и разлагаются на чистейший металл и пары йода. Металл осаждается на проволоке. К сожалению, металл, получаемый таким путем, остается все еще очень дорогим.

Нагретый цирконий жадно поглощает газы из окружающей среды. На этом основано его применение при спекании порошков металлов, а также в электровакуумной технике. При комнатной температуре цирконий с газами не взаимодействует, но при 300 °C активно поглощает водород, а выше 400 °C взаимодействует с кислородом и азотом.

Есть еще одна область, в которой цирконий находит широкое применение в настоящем и найдет неограниченное применение в будущем. Это область атомных двигателей. Высокая температура плавления, прочность и, главное, нейтронная инертность делают цирконий и его сплавы незаменимым материалом для деталей атомных двигателей.

Ниобея или Колумб?

Ниобея — дочь Тантала, потеряв свое многочисленное потомство, от душевной боли и потрясения оцепенела и превратилась в камень, источавший слезы. Так утверждает греческая мифология. По имени этой безутешной матери, оплакивающей смерть своих детей, или камня, источавшего воду, был назван химический элемент ниобий, открытый в 1801 г. английским химиком Гетчетом и впервые названный им колумбием. Минералы, содержащие ниобий, колумбит и танталит, редки. Это является одной из главных причин сравнительно ограниченного применения ниобия и его соединений, несмотря на то, что ниобий отличается исключительными техническими качествами: высокой антикоррозионной стойкостью, устойчивостью к химическим реагентам, тугоплавкостью (плавится при 2415 °C), прочностью. Добавка ниобия к специальным сортам стали резко повышает устойчивость сварных швов из этих сталей. Стали, содержащие от 1 до 5 % ниобия, отличаются исключительной жаростойкостью и применяются для устройства котлов высокого давления и реактивных двигателей.

Насколько ниобий «трудный» металл для техники, можно судить хотя бы по такому факту. Обнаружили элемент в 1801 г., а выделили в чистом виде лишь в 1907 г. Сто лет понадобилось, чтобы разработать метод получения.

Наконец, еще одно интересное, ранее только упомянутое свойство чистого ниобия: он очень хорошо поглощает водород при обычной температуре. 1 г ниобия поглощает более 100 куб. см газа. Впитывает его, как губка. Но такую «губку» можно «выжать» лишь при сильном нагревании. Даже при нагревании такого ниобия до 900 °C каждый грамм его продолжает сохранять в себе 4 куб. см водорода.

Особенно замечательны свойства некоторых соединений ниобия. Так, например, карбид ниобия имеет высокую температуру плавления и обладает огромной твердостью. Это используется в изготовлении сверхтвердых сплавов для резцов, сверл, наконечников зубил и т. д.

До 1950 г. в американской и английской литературе ниобий назывался колумбием.

Это название произошло от минерала колумбита (в котором открыт элемент), в свое время вывезенного из Северной Америки и хранившегося в Британском музее. Происхождение же названия минерала связывается с названием штата Северной Америки — Колумбией. Название «Колумбия» широко распространено на континенте Америки. Такое название носят несколько городов в США, провинция в Канаде, Союзный Округ США, река в западной части Северной Америки, государство в Южной Америке и др. Все они давались в честь первооткрывателя этой страны — Христофора Колумба. Очевидно не лишено основания мнение некоторых авторов, связывающих название элемента с именем прославленного мореплавателя.

В 1950 г. химики договорились о едином названии этого металла во всех странах, сохранив за ним «имя» сказочной Ниобеи, введенное в науку в 1844 г. немецким химиком Г. Розе.

Секрет самурайских мечей

Крайне необходимая для человеческого организма поваренная соль как бы «поглотила» ядовитые свойства входящего в состав этой соли хлора и чрезвычайную химическую активность металлического натрия. В химии подобные явления не являются исключением. Молибденит — минерал, известный еще в древности, также представляет соединение, в котором составные части — молибден и сера — совершенно не имеют ничего сходного по свойствам с самим минералом.

Молибденитом можно писать как карандашом, сердечник которого состоит из графита, только графит на бумаге оставляет серо-черный след, а у молибденита черта на бумаге имеет зеленовато-серый отлив. Название минерала — молибденит происходит от греческого слова «молюбдос», что значит «свинец». Оно намекает на малую твердость молибденита (равную почти твердости талька) и свинцово-серый цвет. От молибденита получил свое название и открытый в нем в 1778 г. Шееле элемент — молибден.

Впервые в сравнительно чистом виде металл молибден был выделен в 1783 г. шведским химиком П. Гьельмом. В химически чистом виде молибден — серовато-белый, тяжелый (плотность 10,3), тугоплавкий (плавится при 2625 °C) металл, хорошо поддающийся механической обработке. Следует заметить, что свойства металлического молибдена еще в начале XX в. описывались иначе, чем в настоящее время. Дело в том, что такие свойства, как твердость, температура плавления, химическая активность, очень сильно зависят от чистоты металла. Даже небольшие примеси других элементов резко изменяют свойства металлического молибдена. Поэтому неудивительно, что в книгах, изданных в двадцатых годах, молибдену приписывают большую хрупкость, в то время как молибден, полученный сравнительно недавно, легко прокатывается и куется.

Интерес к молибдену, как металлу, впервые проявился после того, как была разгадана тайна большой остроты самурайских мечей. Долгое время металлургам не удавалось изготовить сталь с такой степенью прочности, чтобы острие приготовленного из нее холодного оружия не тупилось, подобно старинным самурайским клинкам. Однако тайны старинных мастеров, начало разгадкам которых было положено великим русским металлургом П. П. Аносовым, в конце концов были раскрыты. Был раскрыт и «секрет» остроты самурайских мечей. Оказалось, что в состав их стали входил… молибден. Когда выяснилось благотворное влияние небольших добавок молибдена на качество стали, молибден стал объектом внимания многих специалистов. Вскоре установили, что добавка к стали молибдена вызывает повышение вязкости и твердости, тогда как обычно всякое увеличение твердости влекло за собой повышение хрупкости.

Когда на полях сражений в мировую войну 1914–1918 гг. появились первые англо-французские «сухопутные дредноуты» — неуклюжие танки, то их 75-миллиметровую броню из твердой, но хрупкой марганцевой стали легко пробивали 75-миллиметровые снаряды немецкой артиллерии. Стоило добавить к броневой стали всего 1,5–2 % молибдена, как те же снаряды стали бессильны перед броневым листом всего в 25 мм. Введение молибдена в состав сталей, особенно в сочетании с хромом и вольфрамом, необычайно повышает их твердость и химическую устойчивость. Сплавы молибдена с вольфрамом обладают такими свойствами теплового расширения, которые позволяют применять их вместо платины.

От брони и орудийных стволов вернемся ко всем знакомой электрической лампочке. Глядя на лампочку, как говорят шутливо, невооруженным глазом, можно заметить стеклянный баллон, а в нем проволочку, которая раскаляется электрическим током. При более близком ознакомлении с веществами, из которых состоят составные элементы лампочки, выясняется, что ярко светящаяся нить лампочки сделана из вольфрама, а крючки, на которых подвешена вольфрамовая нить, — из молибдена.