Занимательная геохимия. Химия земли - Александр Евгеньевич Ферсман

Мы знаем, что лучшие сорта изделий из нержавеющей стали получают путем своеобразного покрытия их фосфорными солями. Поверхности самолетов можно сделать нержавеющими при помощи таких фосфорных покрытий. «Холодный огонь» фосфора в былые годы создал одну из крупнейших отраслей промышленности, а именно спичечную. Наши молодые читатели не знают тех фосфорных спичек, которыми пользовались до изобретения спичек нашего времени. Я еще помню из времен моего детства коробочки с фосфорными спичками, которые делались с красными головками и зажигались путем трения о какой-нибудь предмет. Особенно любили зажигать эти спички о подошвы ботинок. Однако опасные свойства фосфора заставили изобрести другие спички, которыми и пользуемся мы в настоящее время.

Участие фосфора в различных производствах

Применение фосфора в спичках подало идею употребить это вещество не для холодного огня, а для холодного тумана. Сгорая, фосфор превращается в фосфорную кислоту, которая долго плавает в воздухе в виде трудно осаждающегося тумана.

Военная техника использовала эту особенность фосфорной кислоты для создания дымовых завес. Значительное количество фосфора содержат зажигательные бомбы; и в современной войне фосфорные бомбы, распространяющие холодный белый туман, сделались одним из средств нападения и разрушения.

Мы не будем рассказывать о тех сложных химических путях, по которым проходит фосфор в самой природе, начиная с глубинных расплавов, до тонких иголочек апатита, и кончая живыми фильтрами (микроорганизмами), улавливающими фосфор из слабых растворов морской воды.

История миграции фосфора в земной коре необычайно интересна. Судьба фосфора связывается со сложным процессом жизни и смерти. Но накапливается фосфор там, где гибнет органическая жизнь и где происходит массовая гибель животных, на стыке морских течений, где создаются подводные кладбища. Фосфор в земле накапливается двояко: или в глубинных месторождениях апатита, выделившегося из горячих расплавов магмы, или в остатках скелетных частей животных. Сложный круговорот проходит атом фосфора в истории Земли. Отдельные звенья его странствований открыты химиками, геохимиками и технологами. Прошлая судьба его теряется в глубинах земных недр, его будущее — в мировой промышленности, на сложных путях технического прогресса.

Сера — двигатель химической промышленности

Сера является одним из самых первых известных человеку химических элементов. Она встречалась во многих местах побережья Средиземного моря и не могла ускользнуть от внимания древних народов — греков и римлян. Вулканические извержения неизменно выносили с собой огромные количества серы; и запах сернистого газа и сероводорода считался признаком деятельности подземного бога Вулкана. Чистые, прозрачные кристаллы серы в крупных месторождениях Сицилии были замечены за много столетий до нашей эры. Особое внимание привлекала способность этого камня выделять удушливые газы. Именно это необычное свойство и было причиной того, что сера в те времена считалась одним из основных элементов мира.

Поэтому неудивительно, что в представлениях древних натуралистов, а особенно алхимиков, сера всегда играла совершенно исключительную роль при описании процессов вулканической деятельности или образования горных хребтов и рудных жил.

Сера, как казалось алхимикам, вместе с тем обладала таинственным свойством выделять новые вещества при горении и потому должна была являться недостающей составной частью философского камня, который они так тщетно пытались найти, чтобы суметь получить искусственное золото.

Представление об исключительной роли серы в природе прекрасно передано в знаменитом трактате Ломоносова «Слово о рождении металлов от трясения земли». Приводим несколько мест, сохраняя богатство и звучность языка Ломоносова:

«Рассуждая толикое подземного огня множество, тотчас мысль обращается к познанию материи, которую он содержится…» «Что ж к возгорению удобнее серы? Что к содержанию и питанию огня ее неодолимее?» «Какая горючая материя изобильнее оныя из недр земных выходит? Ибо не токмо из челюстей огнедышащих гор отрыгается и при горючих из земли кипящих ключах и при сухих подземных продушинах в великом множестве собирается, но нет ни единой руды, нет почти ни единого камня, который бы через взаимное с другим трение не дал от себя серного духу и не объявил бы тем ее в себе присутствие…» «Загоревшись, великое количество серы в земном недре и расширив тяжкий воздух в пропастях, в лежащую сверху землю оным упирает, поднимает и по разным сторонам разным количеством движения разными образы трясения производит; и в тех местах прежде всего прорывается, где найдет меньше сопротивления; разрушенной земной поверхности легкие части выстреливает на воздух, которые, падая, окрестные поля занимают; прочие, ради великой огромности, осилив тягостию своею пламень и обрушась, гору составляют…

Видели мы, слушатели, превеликое в недрах земных огня множество и нужныя к его питанию серы изобилие, довольное к земному трясению и к произведению перемен великих, бедственных, но и полезных, страшных, но и услаждение приносящих».

Действительно, глубины земных недр содержат значительное количество серы и при своем охлаждении выделяют много летучих соединений различных металлов в сочетании с серой, мышьяком, хлором, бромом и йодом. Об этом мы можем судить не только по запаху, свойственному выделениям вулканов, удушливым соффионам южной Италии или облакам сернистого газа камчатских извержений: сера выносится также и в растворах и в трещинах образует рудные жилы. Вместе с мышьяком и сурьмой, своими друзьями и спутниками в этих летучих горячих флюидах, она образует те минералы, из которых человек с древнейших времен добывает цинк и свинец, серебро и золото.

Но на земной поверхности эти темные, непрозрачные, блестящие полиметаллические руды и разного рода блески и колчеданы подвергаются воздействию кислорода воздуха и воды; последние действуют на соединения серы и образуют новые соединения, а серу окисляют в сернистый газ. Мы знаем этот газ по запаху серных спичек. Он образует с водой сернистую и серную кислоты.

Подобным образом сера и ее продукты выделяются при окислении больших колчеданных линз, разрушают окружающие породы и, соединяясь с более устойчивыми элементами, дают в конце концов гипс или другие минералы. Нужно сказать, что серная кислота, которая образуется в месторождениях колчеданов, а также и там, где добывают самородную серу, обладает разрушительными свойствами.

Вспоминается рудник Медногорск на Южном Урале, где выделения серной кислоты при окислении колчедана настолько велики, что уберечься от ее ядовитой деятельности нет никакой возможности, и одежда всех рабочих, занятых на этих рудниках, очень быстро приходит в негодность.

Работая в каракумских песках, мы не знали этого свойства серных месторождений; и когда наши образцы серной руды, аккуратно завернутые в бумагу, прибыли в Ленинград, оказалось, что бумага совершенно разъедена, от этикеток остались только отдельные обрывки, а местами оказались поврежденными даже ящики. Виновника этих бедствий, природную серную кислоту, пришлось описать как новый самостоятельный жидкий минерал.

Схема действующего