Книга по химии для домашнего чтения - Степин Борис Дмитриевич

5.22. ЦЕПИ КНЯЗЯ БАГРАТИОНА

Какое отношение имеет прославленная семья Багратионов к гальваническим элементам?

Князь Петр Романович Багратион (1818–1876) — племянник знаменитого полководца — начинал свою службу в инженерных войсках. В 1840 г., будучи в чине лейтенанта и в адъютантской должности, он изобрел гальванический элемент, впоследствии получивший название «цепь князя Багратиона постоянного действия». Этот элемент представлял собой горшок с землей, пропитанной концентрированным раствором хлорида аммония NH4Cl (нашатыря), в которую на некотором расстоянии втыкали медную (Cu) и цинковую (Zn) пластины. Такой элемент давал ток на протяжении нескольких месяцев. Позднее Багратион сделал несколько крупных изобретений в области металлургии (например, он разработал цианирование — способ извлечения золота из руд, см. 6.3; 10.13).

5.23. ЗАРЯЖЕННЫЕ КРИСТАЛЛЫ

Можно ли добиться электризации ионных кристаллов солей механическим путей?

Можно. Установлено, что при раскалывании кристаллов фторида лития LiF меньший обломок, как правило, приобретает отрицательный, а больший — положительный заряд.

5.24. НЕРЖАВЕЮЩАЯ ЖЕЛЕЗНАЯ КОЛОННА

Близ г. Дели в Индии стоит железная колонна без малейшего пятнышка ржавчины, хотя ее возраст почти 2800 лет.

Это знаменитая Кутубская колонна высотой около семи метров и массой 6,5 т. Надпись на колонне говорит о том, что она была поставлена в IX в. до н.э. Ржавление железа — образование метагидроксида железа FeO(OH) — связано со взаимодействием его с влагой и кислородом воздуха:

4Fe + 2Н2O + 3O2 = 4FeO(OH).

Однако эта реакция при отсутствии в железе различных примесей, и прежде всего углерода, кремния и серы, не протекает. Колонна была изготовлена из очень чистого металла: железа в колонне оказалось 99,72%. Этим и объясняется ее долговечность и коррозионная устойчивость.

5.25. СЕРА ВРЕДНАЯ И ПОЛЕЗНАЯ

В сталелитейной промышленности во избежание «красноломкости» (снижения прочности при высоких температурах) допустимое содержание серы S в стали не должно превышать 0,01%. Примесь серы находится там в виде сульфида железа FeS, практически нерастворимого в стали при обычной температуре. Он-то и вызывает растрескивание металла при прокатке и ковке.

Если речь идет о стали, содержащей марганец и бор, которую используют в машиностроении, то примесь серы в количестве около 0,015% приводит к тому, что такую сталь легче обрабатывать, причем режущий инструмент при этой обработке меньше изнашивается. В таких сталях сера содержится в виде сульфида марганца MnS, который играет роль твердой смазки, предотвращающей вырывы металла резцом.

При обкатке двигателей внутреннего сгорания в цилиндры добавляют специальные присадки, содержащие коллоидную серу. Срок технологической операции в этом случае сокращается, так как на поверхности металла цилиндра и поршня тоже образуется сульфид марганца.

5.26. «ЦВЕТАСТАЯ» МЕТАЛЛУРГИЯ

Знаете ли вы, что в английских патентах вплоть до конца XIX в. содержались рекомендации добавлять в закалочную жидкость при обработке железа полевые цветы?

Эту курьезную рекомендацию породило незнание действительных причин закаливания стали (см. 3.45; 530). Кстати, твердость закаленной стали долгое время объясняли превращением содержащегося в ней углерода в алмаз. Более того, в конце XVIII в. французский ученый Гитон де Морво (см. 2.28) получал сталь (наверное, самую дорогую в мире во все времена!) сильным нагреванием чистого железа с алмазами.

5.27. ОРУЖИЕ ИЗ «НЕБЕСНОГО КАМНЯ»

Почему эмиру Бухары не удалось использовать металл «небесного камня» (метеоритное железо) для изготовления оружия?

Согласно легенде, оружейники не смогли отковать из «небесного камня» меч для эмира, и их умертвили. Оружейники не знали, что никелистое метеоритное железо куется только холодным, а при нагревании становится хрупким (см. 155). Однако оружие из уникального «металла с неба» было у индийских властителей в XVII в., у российского царя Александра I и у латиноамериканского героя, легендарного Боливара.

5.28. ЛУННАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ

В образцах лунного грунта, доставленных на Землю, обнаружено поразительно большое количество самородного железа.

В первую очередь это остатки метеоритов, которые беспрепятственно достигают поверхности нашего безатмосферного спутника Луны. На их долю приходится 30% лунного железа. А остальные 70% следовало бы назвать «селеническим железом»: хотя на Луне нет залежей каменного угля, необходимых для естественного доменного процесса (см. 6.31), но нет и атмосферы, содержащей кислород. В условиях кислородного голодания на Луне все элементы находятся в низших степенях окисления. Глубокий вакуум (10-7–10-9 атм) и высокая температура (несколько тысяч градусов) сами по себе служат восстановителями железа; значит, при извержении расплавленных лунных пород всегда самопроизвольно образуется самородное железо. Не правда ли, «лунометаллургия» эффективнее земной?

5.29. МОЖЕТ ЛИ МЕТАЛЛ ВЗРЫВАТЬСЯ?

В 1855 г. была получена одна из модификаций сурьмы Sb (см. 4.24), названная «взрывчатой». Это стекловидно-аморфное вещество, похожее на графит. Если его потереть каким-либо твердым предметом, то оно распадается на мельчайшие частицы обычной сурьмы с выделением белого дыма и энергии в форме теплоты. Полагают, что неустойчивость аморфной сурьмы связана с наличием в ее структуре примеси хлоридов, содержащих ионы SbCl2 + , SbCl2 + и Cl-.

Получена и «взрывчатая» модификация металла висмута Bi (см. 4.22).

5.30. НЕ ВСЕГДА РЖАВЧИНА ВРЕДНА

Статья, опубликованная в 1834 г. в «Горном журнале», называлась «Улучшение железа и стали посредством ржавления в земле».

Способ превращения железа в сталь через ржавление в земле известен людям с глубокой древности. Например, черкесы на Кавказе закапывали полосовое железо в землю, а откопав его через 10–15 лет, выковывали из него свои сабли, которые могли перерубить даже ружейный ствол, щит, кости врага.

В земле железо Fe, естественно, ржавело, превращаясь в метагидроксид железа:

4Fe + 2H2O + 3O2 = 4FeO(OH),

но одновременно насыщалось углеродом и азотом при контакте с различными органическими веществами почвы. Ржавчина [метагидроксид железа FeO(OH)] обладает хорошей сорбционной способностью к различным органическим веществам. После выкапывания ржавое железо вместе с органическими веществами нагревали в горнах, ковали, а затем охлаждали водой — закаливали. Углерод и азот появлялись в поверхностном слое откованного металла, упрочняя его и сообщая ему особую твердость. В слое при термической обработке образуется очень твердое соединение: карбид железа Fe3C — цементит (см. 3.45):

3Fe + C = Fe3C.

Впоследствии для получения твердой стали вместо длительного пребывания железа в земле перешли к плавке железа под слоем древесного угля.