Металлы и человек - Васильев Михаил (лучшие книги без регистрации txt) 📗
Рубидия значительно меньше в земной коре, чем натрия и калия, — всего 0,03 процента по весу. Но это еще не причина для того, чтобы отказаться от этого металла. Многих широко распространенных в технике металлов еще меньше содержится в земной коре, чем рубидия.
Впрочем, скажем сразу: и этот металл не может претендовать на право обрести крылья. Он тяжелее и натрия и калия, его удельный вес— 1,5 г на куб. см. Но он мягче и натрия и калия и плавится при еще более низкой температуре — всего в 39 градусов.
Совершенно уникальна химическая активность этого металла. Уже при простом соприкосновении с воздухом он вспыхивает и сгорает до конца. Воду разлагает столь энергично, что, кажется, он взрывается, как порох. Даже при охлаждении до 108 градусов он вытесняет водород из льда. Уже при 300 градусах пары рубидия разрушают стекло, вытесняя кремний… Кажется, нет неметалла, с которым он тут же не вступал бы в энергичную реакцию. Получают рубидий в вакууме, хранят под слоем керосина.
Практических применений этот чрезвычайно энергичный металл почти не имеет.
Что ж, посмотрим еще один металл из этой же первой группы периодической системы. Это цезий, он расположен под рубидием.
Цезий был открыт в 1860 году теми же немецкими учеными, что и рубидий, — Г. Кирхгофом и Р. Бунзеном. Обнаружили они его тоже методом спектрального анализа и имя дали по цвету его характерной в спектре голубой линии. Слово «цезий» и означает «голубой».
Цезий — самый тяжелый из рассмотренных нами щелочных металлов, его удельный вес равен 1,9 г на куб. см. Он и самый легкоплавкий из них и вообще самый легкоплавкий после ртути металл на Земле. Его можно растопить теплом ладони — уже при 28 градусах он становится жидким.
Но не приведи вас положить крупинку цезия на голую ладонь! Ведь в воздухе он мгновенно воспламеняется. Впрочем, воспламеняется он и в атмосфере хлора или при соприкосновении с фтором. С серой и фосфором он соединяется со взрывом. Вряд ли стоит вспоминать, что и с водой он реагирует не менее энергично. При 300 градусах он разрушает и стекло, и кварц, вытесняя кремний.
Люди научились использовать высокую химическую активность цезия. Крохотную крупинку его помещают в вакуумную электрическую лампочку. И уже можно не сомневаться, что вакуум в ней не будет выше необходимого. Весь воздух, который не удастся откачать насосом, будет поглощен крупинкой этого металла. А чтобы придать ему устойчивость, его сплавляют с кальцием и барием.
Цезий находит и другое чрезвычайно важное и своеобразное применение в промышленности.
…26 февраля 1888 года знаменитый русский физик А. Г. Столетов в лаборатории Московского университета произвел такой интереснейший опыт.
К отрицательному полюсу гальванической батареи он присоединил цинковый диск, к положительному — металлическую сетку, поставленную напротив диска. Получилась разомкнутая электрическая цепь. Ток по этой цепи не шел: стрелка включенного в цепь гальванометра неподвижно стояла на нуле.
Но вот Столетов направил на цинковую пластинку сильный луч света, и тотчас же сдвинулась с нуля стрелка гальванометра — по цепи пошел ток. Ученый усилил свет — стрелка отошла еще дальше, ток в цепи сразу же возрос. Он выключил свет, и стрелка гальванометра бессильно упала на нуль — ток в цепи пропал. Казалось, это луч света замыкал разомкнутое пространство цепи.
Так было открыто новое явление природы — фотоэффект. А созданный Столетовым прибор можно по праву назвать первым в мире фотоэлементом.
В чем сущность фотоэффекта?
Носителем элементарного электрического заряда является электрон. Под действием света из некоторых химических элементов вылетают электроны. Упорядочив движение этих вырванных светом электронов, создав поток электронов, мы получим электрический ток.
Одним из элементов, способных выбрасывать электроны под действием света, является цинк. В фотоэффекте Столетова выбитые светом из цинковой пластинки электроны под действием притяжения положительно заряженной сетки устремились к ней. В цепи возникал электрический ток.
Среди металлов он слывет мастером электронного гольфа.
Но далеко не все металлы обладают свойством выбрасывать под действием света электроны. И, скажем прямо, цинк обладает в этом смысле отнюдь не лучшими показателями. Особую атомную структуру должен иметь металл, чтобы легко расставаться со своими электронами.
Именно такой структурой и обладают щелочные металлы. Они имеют один электрон, находящийся далеко от ядра, на внешней электронной оболочке. Особенно далеко он расположен в атоме цезия. Поэтому цезий, легко расстающийся со своим электроном, и является лучшим металлом для фотоэлементов.
Однако применить для этой цели цезий нелегко: ведь он плавится уже при комнатной температуре. Поэтому цезий наносят на окисел серебра. Делают фотоэлементы и из сплавов сурьмы с цезием.
Фотоэлементы властно вторглись во многие отрасли современной техники. Их внимательные электрические глаза читают запись на звуковой дорожке звукового кинофильма, помогают передавать по проводам фототелеграммы, не пропустив ни одного знака в чертеже, который срочно нужен в другом городе, не изменив ни одного штриха в вашей подписи. Фотоэлементы позволяют передать движущиеся изображения из студии телевидения на сотни тысяч экранов телевизоров. Фотоэлементы работают во всех автоматических устройствах, в которых необходимо следить за изменением цвета или света, за прозрачностью раствора или яркостью свечения расплавленного металла. Они наблюдают за положением изделия и считают детали, сходящие с конвейера.
И почти во всех из этих устройств — а их становится все больше и больше — работают легко отдающие свой внешний электрон атомы цезия. Вот какое важное дело нашел себе этот металл! Он работает на основном направлении технического развития нашего народного хозяйства— в автоматизации производства.
А крылатого металла из него, видимо, не получится. Он не соперник алюминия, магния, бериллия, а их попутчик. Но в космический полет он отправится в автоматических приборах звездолета, а не в его обшивке и двигателе.
Продолжение поисков
А может быть, соперники скрываются во второй группе периодической системы? Рядом с магнием — общепризнанным крылатым металлом? Под ним расположены три щелочноземельных металла: кальций, стронций и барий.
Все они в металлическом виде впервые были получены в 1808 году.
Первый непосредственный сосед магния — кальций.
Это металл очень распространенный. Земная кора состоит на 3,6 процента по весу из кальция. Он играет огромную роль и в органическом мире. Лишь редкие организмы, например некоторые простейшие грибки, могут существовать в среде без кальция. Другие же организмы, наоборот, концентрируют кальций. Некоторые водоросли, моллюски содержат до 38 процентов этого металла. Организм человека на 1,4 процента состоит из кальция, сосредоточенного главным образом в костях скелета.
В чистом виде в природе кальций не встречается. А с природными соединениями кальция знакомы все. Это и мрамор, и известняк, и гипс, и раковины морских и речных улиток.
В настоящее время кальций получают электролизом. Это мягкий металл, плавящийся при 851 градусе и кипящий при 1439 градусах.
Удельный вес его—1,55 г на куб. см. Химически он также очень активен: окисляется на воздухе, с водой и кислотами бурно реагирует, выделяя водород. Хранят его под слоем керосина.
Конечно, как конструктивный материал кальций применения найти не может. Однако он входит в состав подшипниковых сплавов, не содержащих олова. Кроме того, он применяется в качестве раскислителя и восстановителя в металлургии.
Не будем здесь говорить о применении соединений кальция — их слишком много. Огромное количество строительных материалов — известь, гипс, мел, известняк, алебастр, мрамор, цемент, стекло и т. д. — все это соединения кальция. Они могли бы быть темой специальной книги. А здесь мы только упомянем о них.
