Страницы: -
1 -
2 -
3 -
4 -
5 -
6 -
7 -
8 -
9 -
10 -
11 -
12 -
13 -
14 -
15 -
16 -
17 -
18 -
19 -
20 -
тическое действие на окисление сажи, заметно снижая температуру
реакции. "Эка невидаль - сажа", - может подумать кое-кто. Но ученые,
ведущие работы по изысканию новых видов авиационного топлива,
придерживаются на этот счет совсем иного мнения. И, надо полагать, не без
оснований.
Некоторые соединения рубидия обладают полупроводниковыми свойствами,
другие - пьезоэлектрическими. Однако пока эти способности элемента ј 37
только начинают привлекать внимание ученых и инженеров.
Как вы заметили, речь чаще идет о потенциальных возможностях рубидия, чем
о конкретном использовании его в современной технике. Действительно, он не
вправе пока претендовать на роль великого труженика, подобно железу,
алюминию, меди, титану. Это подтверждается и масштабами его производства:
если "поскрести по сусекам" всех стран, производящих рубидий, то за год
наберется всего несколько десятков килограммов, а отсюда - очень высокая
цена этого металла на мировом рынке.
Помимо упомянутых областей применения, рубидиевые соединения в небольших
количествах используются в аналитической химии - как реактивы на марганец,
цирконий и благородные металлы, в медицине - в качестве снотворного и
болеутоляющего средства, а также при лечении эпилепсии. В виде различных
солей рубидий участвует в изготовлении специальных оптических материалов,
прозрачных для инфракрасных лучей, в производстве люминесцентных ламп,
телевизионных и других электроннолучевых трубок. В некоторых вакуумных
приборах рубидий выполняет функции геттера (газопоглотителя), а в
магнитометрах и эталонах частоты и времени - функции так называемого
активного вещества.
Недавно одна из электротехнических фирм ФРГ сконструировала рубидиевую
контрольно-регулирующую приставку для старинных курантов, украшающих
древние башни многих европейских городов и радующих слух их жителей
мелодичным боем. Но вот беда: почти все куранты страдают хроническим
"заболеванием" - уж очень не точны эти громоздкие средневековые механизмы.
Новая приставка - атомный эталон частоты - гарантирует курантам
безупречную точность хода (до сотых долей секунды в сутки).
Еще большая точность нужна ядерной физике, лазерной технике, космической
навигации: здесь погрешность измерения времени порой "не вправе" превышать
миллионные доли секунды в сутки! Таким требованиям отвечают созданные в
нашей стране атомные часы, "сердцем" которых служит изотоп рубидия.
Принцип их действия основан на том, что атомы химических элементов
способны поглощать или излучать энергию только определенной длины волны
(частоты). Для каждого элемента эта длина волны строго постоянна,
поскольку она зависит лишь от строения атома. Поэтому атомные (или, как их
еще называют, квантовые) часы на несколько порядков точнее, чем любые
другие, в том числе и кварцевые, в которых роль маятника играют упругие
колебания кварцевой пластины. Точность рубидиевых часов такова, что если
бы их "завели" на рубеже новой эры, то к нашим дням они отстали бы или
убежали вперед не более чем на... одну секунду.
Можно смело утверждать, что в ближайшие годы послужной список рубидия
станет намного длиннее, а значит, возрастут и масштабы его производства.
Природа не страдает от недостатка этого металла: в подземных кладовых его
припрятано больше, чем, например, хрома, цинка, никеля, меди, свинца.
Правда, определенные трудности возникают из-за крайней рассеянности
рубидия, который, хотя и обнаружен во многих горных породах, не имеет
собственных минералов, не говоря уже о крупных месторождениях. Обычно
рубидий примыкает к более распространенным щелочным металлам, причем с
калием он просто неразлучен. Кроме уже упоминавшегося лепидолита, рубидий
в очень незначительных количествах (от сотых до десятых долей процента)
присутствует в карналлите, откуда его и извлекают попутно с другими
элементами. Поскольку общие запасы карналлита практически неисчерпаемы,
этот минерал считается наиболее перспективным рубидиевым сырьем.
Еще в XV веке на берегу реки Камы среди уральских лесов возник городок
Соль Камская. Современный Соликамск - крупный центр химической
промышленности. Здесь находятся богатейшие месторождения карналлитов,
сильвинитов и других калийных солей. Похожий на мрамор сильвинит окрашен в
различные цвета: он то белый, как снег, то переливается всеми цветами
радуги - от светло-розового до красного, от небесно-голубого до
темно-синего. При этом минерал (представляющий собой хлорид калия)
пронизан бесцветными прозрачными кристаллами хлорида натрия (т. е.
поваренной соли), среди которых иногда попадаются совершенно черные
крупные кубики. Отчего же почернела поваренная соль? Полагают, что это
"автограф" рубидия-87-уже знакомого нам радиоактивного изотопа,
облучившего когда-то хлорид натрия.
Соли рубидия растворены в воде океанов, морей, озер. Довольно богаты этим
элементом знаменитые одесские лиманы, но еще больше его в каспийских
водах. Не обошел рубидий своим вниманием и многих представителей
растительного мира: следы его встречаются в морских водорослях и табаке, в
листьях чая и зернах кофе, в сахарном тростнике и свекле, в винограде и
некоторых видах цитрусовых.
В заключение приведем шутливый аргумент в пользу прозвучавшего несколько
лет назад призыва "Берегите мужчин!": их кровь, как утверждает Большая
Советская Энциклопедия, богаче рубидием, чем женская (соответственно
0,00032 и 0,00028 %). Ну как же их в таком случае не беречь?
ТАЙНА БЕНГАЛЬСКИХ ЖРЕЦОВ (СТРОНЦИЙ)
Чем болели казаки? - Деревня попадает в историю. - Торопитесь с выводами!
- Рецепт бенгальских жрецов. - Букеты расцветают в небе. - "Сладкое
местечко". - В различных амплуа. - Взрыв на атолле Бикини. - Опасный
"вирус". - Широкие перспективы. - Стронций забирается в часы. - На далеком
северном острове. - "Тристан" уходит в пучину. - Чудесный генератор. -
Мелкие хлопоты. - Без искры. - Голубые кристаллы. - На дне прибрежной
полосы. - Дела давно минувших дней. - Природе не свойственна торопливость.
В начале прошлого столетия казаки, жившие в Забайкалье, решили
переселиться на берега Урова (притока Аргуни) - их привлекли здесь хорошие
пахотные земли и неплохой климат. Но вот беда: спустя всего несколько лет
многие переселенцы заболели неведомой болезнью, которая скручивала людей,
пронизывала болью все тело. Не раз приезжали сюда врачи, но никто из них
не смог выяснить причину массового заболевания. Лишь в наше время
комплексные биогеохимические экспедиции Академии наук СССР сумели
установить, что виновником этого тяжелого недуга был... стронций, которым
оказались богаты воды тех мест.
Что же представляет собой этот коварный химический элемент, столь
недружелюбно встретивший забайкальских казаков?
Стронций был открыт в конце XVIII века. Своим названием элемент обязан
небольшой шотландской деревушке Стронциан (впрочем, уместнее сказать, что
скромная деревушка обязана этому металлу тем, что благодаря ему попала в
историю химии). В 1787 году в ее окрестностях был найден редкий минерал,
названный стронцианитом. Исследования английских химиков А. Кроуфорда и Т.
Хопа, немецкого химика М. Клапрота и других ученых, заинтересовавшихся
новым минералом, свидетельствовали о том, что в нем присутствует "земля"
(окисел) неизвестного в то время науке металла.
Лиха беда начало: уже в 1792 году Хопу удается представить убедительные
доказательства существования нового элемента, который был назван стронцием
(в русской литературе начала XIX века встречались и другие названия:
стронтий, стронциан, стронтиян).
К числу первооткрывателей стронция можно отнести и русского химика Т. Е.
Ловица. В том же 1792 году он обнаружил "стронциановую землю" в минерале
барите. Но будучи чрезвычайно осторожным, ученый решил не торопиться с
выводами, а, следуя принципу "семь раз отмерь", провести еще более
тщательные опыты. Когда же они были закончены и Ловиц подготовил к
публикации статью "О стронциановой земле в тяжелом шпате", оказалось, что
"отрезать" уже было поздно: до России дошли иностранные химические журналы
с результатами исследований Хопа, Клапрота и других зарубежных ученых. Да,
иногда, пожалуй, не грех и поторопиться...
Знакомство ученых с чистым стронцием состоялось спустя несколько лет, в
1808 году, когда англичанин Г. Дэви сумел впервые выделить этот легкий
(легче алюминия) серебристо-белый металл в свободном виде. С химическими
же соединениями стронция человек познакомился задолго до описываемых
событий.
Еще в Древней Индии при совершении священных обрядов в полумраке храмов
внезапно вспыхивали таинственные красные огни, наводившие суеверный страх
на молящихся. Разумеется, всемогущий Будда был меньше всего причастен к
этой иллюминации, зато его верные служители - жрецы, видя испуганные лица
своих подопечных, потирали руки от удовольствия. Чтобы добиться такого
эффекта, они смешивали соли стронция с углем, серой и бертолетовой солью,
прессовали смесь в шарики или пирамиды, а в нужный момент незаметно
поджигали. Должно быть, "патент" на такую смесь принадлежал жрецам
Бенгалии (одной из индийских провинций), поскольку за этими огнями прочно
закрепилось название "бенгальских".
На протяжении многих веков свойство летучих соединений стронция придавать
пламени ослепительно яркий красный цвет использовалось в пиротехнике. В
России, например, во времена Петра I и Екатерины II без "потешных огней"
не обходилось ни одно мало-мальски значительное торжество. Да и в наши дни
праздничные салюты и фейерверки радуют взоры букетами красных, зеленых,
желтых огней, расцветающих на черном бархате ночного неба.
Но пиротехнические способности "металла красных огней", как называют
стронций, нужны не только для развлечений: разве можно подсчитать, сколько
человеческих жизней было спасено благодаря сигнальным ракетам, которые при
кораблекрушениях, вспыхивая во мраке над океаном, указывали судам,
спешащим на помощь, местонахождение тех. кто потерпел бедствие.
Окрашивание пламени долгое время оставалось единственным занятием
стронция. Но вот на рубеже XIX и XX веков химики обнаружили, что он может
проявить себя на другом поприще - в сахарном производстве: с его помощью
удалось заметно повысить извлечение сахара из свекольной патоки - мелассы.
Но спустя несколько лет нашелся более дешевый исполнитель этой роли -
кальций, и стронций вынужден был уступить ему "сладкое местечко".
Любопытно, что в последнее время ставится вопрос о возрождении
стронциевого метода обессахаривания мелассы, так как выход сахара в этом
случае примерно на 20% выше.
Можно назвать еще много областей, в которых стронций с большим или меньшим
успехом пробовал свои силы. Металлургам, например, он помогал очищать
сталь от газов и вредных примесей. В производстве глазурей этот элемент
позволил обойтись без ядовитых соединений свинца, который к тому же и
более дефицитен. В стекольной промышленности стронций (точнее, его окисел)
приобрел известность как заменитель дорогостоящих материалов при
изготовлении стекловолокна и стекол различного назначения. Синтетические
кристаллы титаната стронция по игре и блеску граней способны конкурировать
с бриллиантами. Присутствие стронция в портландцементе повышает его
влагоустойчивость, что особенно важно при строительстве гидросооружений. В
радиотехнике и электронике этот металл применяют для оксидирования катодов
электронных ламп и в качестве газонаполнителя в вакуумной технике, в
частности при изготовлении диэлектриков и сегнетоэлектриков. Стронциевые
соединения входят в состав люминофоров, малярных красок, консистентных
смазок, отличающихся высокой стойкостью. "Дуэт" рубидий - стронций
позволяет ученым с большой точностью определять возраст наиболее древних
горных пород "Подробнее об этом рассказано в очерке о рубидии "Злой джин"".
Как видите, работы для элемента ј 38 хватает. И все же то, что мы
перечислили, можно считать лишь эпизодами из жизни стронция. Но прежде чем
перейти к самой важной стороне его деятельности, вспомним об одном
сравнительно недавнем событии, сообщения о котором долго не сходили с
центральных полос газет всего мира.
В марте 1954 года над атоллом Бикини, расположенным в южной части Тихого
океана, поднялось гигантское грибовидное облако - результат испытаний
американской водородной бомбы. Спустя несколько часов на палубу японского
рыболовного судна "Фукурю-Мару", находившегося в открытом море более чем в
150 километрах от эпицентра взрыва, начали падать грязно-белые хлопья
радиоактивных осадков. Рыбаки прекратили промысел и взяли курс на Японию,
но было поздно: вскоре после возвращения один из членов экипажа умер, а
остальные оказались пораженными тяжелой формой лучевой болезни. Едва ли не
главным "вирусом" этой болезни был стронций-90, один из многочисленных
радиоактивных изотопов, образующихся при ядерном распаде.
В результате такого взрыва в атмосферу выбрасываются десятки миллионов
тонн земли и горных пород, буквально начиненных продуктами деления атомных
ядер, самый токсичный, а значит, и самый опасный среди которых -
стронций-90. Рано или поздно они возвращаются на землю, оседая на
поверхность материков и океанов. Теперь радиоактивному стронцию остается
один шаг до организма человека. Вместе с фруктами и овощами, усвоившими
его из почвы, с питьевой водой, с мясом или молоком домашних животных,
"полакомившихся" травой, зараженной стронцием-90, он проникает в организм
людей, накапливается там и создает опасные радиоактивные очаги, гибельно
воздействующие на костные ткани, мозг, кровь.
Прогрессивное человечество боролось и продолжает бороться за полный запрет
атомных и водородных взрывов. Миллионы людей во всем мире горячо
приветствовали подписание в Москве в 1963 году международного Договора о
запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, в космическом
пространстве и под водой. Однако это вовсе не означает, что радиоактивный
стронций сойдет со сцены: развитие ядерной энергетики создает
неограниченные возможности для мирного использования его в науке и
технике. Здесь для него работы - непочатый край.
Широкие перспективы открываются перед радиоизотопами стронция в
производстве атомных электрических батарей для космических ракет и
искусственных спутников Земли. Принцип действия таких батарей основан на
способности стронция-90 излучать электроны, обладающие большой энергией,
преобразуемой затем в электрическую. Радиостронциевые элементы,
соединенные в миниатюрную батарейку (размером со спичечную коробку),
способны безотказно служить без перезарядки 15-25 лет.
Атомные батарейки несомненно найдут применение в телефонии и радиотехнике.
А вот швейцарские часовщики с успехом использовали крохотные стронциевые
батарейки для питания электрочасов.
Неприхотливые и практически вечные источники тока незаменимы на
автоматических метеостанциях, расположенных в пустынных, полярных и
высокогорных районах нашей планеты. В Канаде, например, на далеком
северном острове Аксель-Хейберг в труднодоступном месте действует атомная
метеорологическая станция, рассчитанная на работу без обслуживания в
течение двух-трех лет. Источником энергии для аппаратуры станции служит
изотоп стронция (всего 400 граммов), помещенный в специальный трехслойный
сплав и защищенный свинцовым экраном. Теплота, образующаяся при
радиоактивном распаде стронция, превращается в электрический ток, который
питает приборы для измерения температуры, атмосферного давления, скорости
и направления ветра. Полученные данные фиксируются самопишущими приборами
и передаются по радио с помощью двух транзисторных передатчиков на
расстояние свыше 1500 километров. Вся аппаратура смонтирована в стальном
цилиндре высотой 2,5 метра, диаметром 0,65 метра и общей массой около
тонны. Душой этого сложного технического комплекса можно без преувеличения
назвать маленькие стронциевые батареи.
Несомненный интерес представляет термоэлектрическая стронциевая батарея
"Тристан", разработанная учеными фирмы "Сименс" (ФРГ) для проведения
подводных исследований. Высокоэффективные термоэлектрические элементы
преобразуют энергию распада стронция-90 в электрический ток. Размеры
батареи невелики, но весит она 1,4 тонны, поскольку снабжена толстым
свинцовым экраном, который надежно защищает обитателей морских пучин и,
разумеется, прежде всего людей от радиации - ее уровень вблизи "Тристана"
в пять раз меньше допустимого.
Советскими учеными создан изотопный генератор электрической энергии для
питания автоматических метеостанций. Главное действующее лицо в нем - все
тот же изотоп стронция. Гарантийный срок службы "Бета-С" (так назван
генератор) -10 лет, в течение которых он способен снабжать электрическим
током нуждающиеся в нем приборы. А все обслуживание его заключается лишь в
профилактических осмотрах - раз в два года. На Лейпцигской ярмарке этот
генератор был удостоен золотой медали. Первые образцы его установлены в
Забайкалье и в верховьях таежной речки Кручины.
Число приборов различного назначения, в которых используется радиоактивный
стронций, растет не по дням, а по часам. Успешно действуют, например,
толщиномеры для контроля и управления процессом производства бумаги,
тканей, тонких металлических лент, пластмассовых пленок, лакокрасочных
покрытий. Изотоп стронция "трудится" в приборах для измерения плотности,
вязкости и других характеристик вещества, в дефектоскопах, дозиметрах,
сигнализаторах.
С борта судна, направляющегося в Таллинский порт, хорошо видна словно
выросшая из воды высокая красная "свеча" - атомный маяк "Таллин". Главная
его особенность - радиоизотопные термоэлектрические генераторы, в которых
в результате распада стронция-90 возникает тепловая энергия, преобразуемая
затем в световую. Иначе говоря, недра атомов стронция можно с родным
основанием считать местом рождения мощного луча света, легко пробивающего
ночную мглу Балтики. Заметим, что традиционной должности смотрителя в
штатном расписании атомного маяка нет: лишь несколько раз в год
специалисты посещают его для осмотра аппаратуры. Недавно здесь вырос еще
один такой маяк.
На машиностроительных предприятиях часто можно встретить так называемые
бета-реле. В их "обязанности" входит контроль подачи заготовок на
обработку, проверка исправности инструмента, правильность положения детали
и тому подобные "мелкие хлопоты". Принцип действия реле прост. Микрозаряд
радиоактивного стронция, излучение которого в двести раз ниже санитарных
норм, покоится в свинцовой ампуле с крохотным окошком, прозрачным для
бета-излучения (потока электронов). До тех пор пока в "поле зрения"
бета-лучей находится деталь или инструмент, т. е. пока все обстоит
благополучно, автоматическая система спокойна. Но вот, допустим, сверло
внезапно сломалось-теперь уже бета-лучи, не встречая на своем пути
преграды, попадают на газоразрядный приемник излучения. Тотчас же реле
срабатывает, останавливая механизмы, а на пульте диспетчера вспыхивает
сигнальный огонек, указывающий, где произошло повреждение.
При производстве материалов, являющихся изоляторами (бумага, ткани,
искусственное волокно, пластмассы и т. д.), вследствие трения возникают
электрические заряды, создающие напряжения до нескольких тысяч вольт, - в
результате может произойти искровой пробой и возникнуть пожар. Чтобы
избежать этого, до недавнего времени применяли сложную, громоздкую и
дорогую аппаратуру, позволяющую с помощью ультрафиолетовых или
рентгеновских лучей ионизировать окружающий воздух и тем самым снимать
электростатические заряды. Сейчас для этой цели широко пользуются
стронциевыми ионизирующими источниками - они недороги, не требуют
установки высоковольтной аппаратуры, просты в эксплуатации, компактны и
долговечны. Новые приборы позволили в несколько раз повысить
производительность прядильных и ткацких станков, резко сократить брак и
простои из-за обрыва нитей.
Итак, мирный стронций все увереннее прокладывает себе дорогу в
промышленность, спрос на него непрерывно растет.