Занимательная геохимия. Химия земли - Александр Евгеньевич Ферсман

вулкана

Каракумская руда отличается тем, что состоит из смеси песка с серой.

Чтобы выделить чистую серу, инженер-химик П. А. Волков предложил оригинальный способ. В котел, работающий под большим давлением, закладывают мелкую руду, наливают воду, котел герметически закрывают, в него пропускают из парового котла пар под давлением в 5–6 атмосфер. Температура в автоклаве достигает 130–140°, сера плавится и собирается в нижней части котла, тогда как песок и глина, взбалтываемые паром, увлекаются кверху. Через некоторое время открывают кран, и сера спокойной струей стекает в специальные лотки. Весь процесс плавки длится около двух часов. Так просто решили советские инженеры проблему очистки каракумской серы.

Сера недолго остается в своем первоначальном виде: она скоро соединяется с различными металлами, образует в вулканических районах скопления алунита, белыми пятнами или полосами расходящегося вокруг действующих вулканов.

Некоторые астрономы думают, что именно алунитом обусловливаются те белые ореолы и белые лучи, которые окружают кратеры лунных гор.

Большое количество окисленной серы находится в соединении с кальцием. Такое соединение довольно трудно растворимо в лабораторных условиях, но зато это достаточно подвижное соединение в земле. Это соединение, которое мы называем гипсом, в больших количествах осаждается в виде мощных слоев в соляных озерах и усыхающих морских бассейнах.

Но на этом не заканчивается история серы на земной поверхности. Часть серной кислоты вновь превращается в газ; целый ряд микроорганизмов восстанавливает серу; из растворов ее солей образуются сероводород и летучие газы, которые в грандиозных количествах выносятся нефтеносными водами, насыщают собой воздух в болотистых низинах, а в ряде лиманов и озер образуют черную илистую массу, которую мы называем лечебной грязью и широко используем для лечения в Крыму и на Кавказе.

Огромная часть серы улетает в воздух в виде сероводорода, вновь возвращаясь в подвижную форму. Таким образом завершается один из циклов сложного круговорота этого элемента в геологической истории Земли.

Но человек резко изменил пути, которые проходит сера на Земле; она оказалась ценнейшим объектом промышленности. В чистом виде ее мировая добыча составляет лишь миллион тонн в год. В соединениях же с железом, из которых получается сера для кислоты, ее добывают в год десятки миллионов тонн.

Сера стала основой химической промышленности; и трудно даже перечислить те отрасли промышленной техники, где она применяется. Я назову лишь самые главные из них, но и из этих примеров будет видно, что без серы промышленность существовать не может. Сера нужна для получения бумаги, целлулоида, красок, большинства лекарств, спичек, для очистки бензина, эфира, масел, для приготовления фосфорных удобрений, купоросов, квасцов, соды, стекла, брома, йода. Без нее трудно получить азотную, соляную и уксусную кислоты; и понятно, что в истории промышленного развития с начала XIX века сера играет огромную роль. В виде серной кислоты она нужна для получения динамита, а использование в черном порохе сделало ее совершенно необходимой для огнестрельного оружия.

Поэтому борьба за серу проходит через всю историю XVIII века. Долгое время единственным поставщиком серы была Сицилия. Она находилась в руках итальянского королевства, и много раз с начала XVIII века английские фрегаты бомбардировали сицилийские берега, стремясь овладеть этим богатством. Но затем шведы открыли способ получения серы и серной кислоты из колчедана. Огромные испанские месторождения колчеданов сделались объектом внимания всех европейских государств, и тогда английские фрегаты появились у берегов Испании, чтобы овладеть и этим источником серы и серной кислоты. Сицилийские месторождения были заброшены, все внимание сконцентрировалось на Испании.

Но вот в Америке открыты первые богатейшие месторождения серы на полуострове Флорида.

В погоне за прибылью здесь был предложен на первый взгляд совершенно невероятный метод: стали накачивать в глубины перегретые пары воды, которые благодаря низкой температуре плавления серы, 119°, расплавляли ее внутри земли и выталкивали в жидком виде на поверхность.

Удалось построить первую установку для откачки расплавленной серы, которая выбрасывалась на землю и застывала в виде громадных холмов.

Этот метод очень производителен, и в Америке стали получать с его помощью грандиозные количества серы. Итальянские и испанские месторождения отошли на второй план.

И снова новая, блестящая мысль рождается в стране сернистых руд, в полярной Швеции. На одном из заводов стали получать серу попутно при обработке колчеданных руд.

Опять источником серы оказывается сернистый металл, и снова судьбы серной кислоты перестраиваются на новый лад.

Кальций — символ прочности

Однажды, когда я остановился проездом в Новороссийске, ко мне обратилась группа инженерно-технических работников огромных цементных заводов, расположенных около города, с просьбой прочесть у них в клубе лекцию об известняках и мергелях, которые являются основным сырьем для цемента.

Мне пришлось им ответить, что я совершенно не знаком с этой темой. Я хорошо знаю, что основой извести и цемента являются разные сорта известняков; хорошо знаю, какую ценность имеют хорошие известь и цемент; я рассказал им о том, с каким трудом получали эти два нужных продукта для северных строек.

Простую известь обыкновенно выписывали с Валдайских высот, за полторы тысячи километров от новостроящихся центров, а цемент шел из Новороссийска окружной дорогой — через моря Черное, Эгейское и Средиземное, Атлантический и Ледовитый океаны; рассказал им, что я поэтому прекрасно понимаю совершенно исключительное значение извести в жизни и строительстве, но сам я известняками никогда не занимался и ничего о них не знаю.

— Тогда расскажите нам о кальции, — сказал один из инженеров, подчеркивая, что основой всех известняков является металл кальций, — расскажите о том, что собой представляет этот металл с точки зрения геохимии, каковы его свойства, какова его судьба, где и как он накапливается и почему именно он создает красоту мраморов и придает такие ценные технические свойства известнякам и цементным мергелям.

Я прочел им лекцию на эту тему — и так появился рассказ об атомах кальция в мироздании, который я привожу ниже.

— Вы работаете в цементной промышленности, в промышленности вяжущих веществ, важнейшей отрасли строительной промышленности, для вас история атомов кальция представляет особенный интерес.

Химики и физики нам говорят, что кальций занимает в менделеевской системе совершенно особое место, его номер по порядку 20. Это значит, что он состоит из ядра, то есть из мельчайших частичек — протонов и нейтронов, и двадцати свободных отрицательно заряженных частичек, которые мы называем электронами.

Число 40 определяет собой атомный вес этого элемента, расположенного во второй группе менделеевской системы, во втором ее ряду. В своих соединениях он требует для получения устойчивых молекул двух отрицательных зарядов. Как говорят химики, его валентность равна двум.

Вы видите, что мне пришлось при