Миллиардная доля земной коры
Здесь, конечно, не удастся рассказать о всех областях «химической Антарктиды». Слишком много элементов до самого последнего времени были недоступны и исследователям, и промышленности. Но о некоторых «белых пятнах» нельзя не упомянуть. Более того, о них нельзя даже сказать кратко.
К таким областям химической карты относится 75-я клетка Периодической системы — элемент рений, самый «младший» по времени открытия. Из всех элементов, которые находятся в земной коре, этот элемент позже всех раскрыл свое инкогнито. Символ Re — рений — только в 1925 году встал в клетке № 75 на место вопросительного знака. Все остальные дополнения в Периодической системе произошли уже за счет искусственно полученных элементов.
Причина столь позднего вступления рения в число «прописанных» обитателей Периодической системы объясняется его исключительной редкостностью. На долю рения приходится миллиардная доля веса земной коры. Такие металлы, как золото или платина, содержатся в земной коре в количествах, впятеро превосходящих долю рения.
Вот почему ни один, пожалуй, другой химический элемент не водил так долго «за нос» химиков, охотившихся за новыми элементами, как этот тускло-серебристый металл, не отличающийся, на первый взгляд, ничем особенным, кроме разве большого удельного веса.
Количество экспедиций, занимавшихся и занимающихся сейчас поисками «снежного человека», — ничто в сравнении с числом исследователей, которые посвятили себя поискам этого элемента.
К. Г. Паустовский в одном из своих очерков («Погоня за растениями») писал: «Известно, что настойчивость ученых чудовищна и может вывести из себя даже самого спокойного человека». Так вот, здесь все было наоборот. Загадка 75-го элемента заставила отступить не одного исследователя, и не один из тех, кто все же продолжал поиски, рано или поздно начинал роптать на несговорчивого и пока еще неизвестного обитателя квартиры № 75.
В 1869 году 75-й, по-видимому, выделил Гияр, дав этому элементу название «уралий». Но потом он отказался от своих выводов. Этим самым он избежал печальной судьбы химика Розе, радостное сообщение которого об открытии им в 1846 году элемента пелопия было опровергнуто несколькими исследователями сразу. Такая же судьба постигла и элемент ниппоний, описанный в 1906 году Огавой, и люций Баррьера, сообщение о котором появилось в 1896 году, и многие другие.
Но все-таки в одном случае ошибки, по-видимому, не было. 27 июня 1877 года появилось сообщение русского химика С. Керна о том, что в веществах, оставшихся после переработки платиновых руд, им открыт новый элемент, который он предложил назвать дэвием в честь знаменитого английского химика Г. Дэви. Определение атомного веса дэвия и его свойств показали, что он должен занять в Периодической системе место, уготованное Д. И. Менделеевым для элемента, названного им дви-марганцем. Лет двадцать спустя американский химик Мале повторил работу Керна, но из платиновых остатков не смог получить выделенный русским исследователем элемент. Сыграло ли тут роль то, что платиновая руда была иного происхождения, чем в опытах Керна, или то, что Мале был неопытным химиком, но факт остается фактом: открытие дэвия не подтвердилось. Ответа Керна не последовало; по-видимому, он к тому времени уже скончался, а так как критикам всегда верят немножко больше, то в клетке № 75 снова воцарился тот же вопросительный знак.
Только когда существование элемента 75-го — рения — было бесспорно установлено Ноддаком, Таке и Бергом, химики обратили внимание на то, что все реакции, которые Керн описал для дэвия, тождественны реакциям рения.
Так почти на пятьдесят лет несправедливая критика отодвинула срок замечательного открытия, каким всегда является обнаружение нового элемента.
Только пять из естественных химических элементов могут похвалиться, что в цифре, выражающей их содержание в земной коре, после запятой стоит большее число нулей, чем у рения: это элементы полоний, радон, радий, актиний и протактиний. Однако рений имеет над ними то несомненное преимущество, что в настоящее время он добывается в промышленном масштабе. Да, тот элемент, который два десятка лет нельзя было сыскать даже в самой богатой демонстрационной коллекции, сейчас производится на специальных заводах.
Дело в том, что свойства рения оказались настолько интересными и многообещающими для современной техники, что химики сочли своим долгом разработать методику получения больших количеств этого элемента.
Рений — один из самых тугоплавких металлов. Сейчас, когда с высокими температурами приходится сталкиваться во многих областях науки и техники и, прежде всего, в ракетной авиации, это свойство рения является исключительно ценным. Только один металл плавится при более высокой температуре, чем рений. Это вольфрам. Но и 3200° — температура плавления рения — величина достаточно внушительная.
Вторым ценным свойством рения является его химическая инертность. Даже при полутора тысячах градусов он не соединяется с кислородом воздуха. При обычных же температурах он не изменяется совершенно. Блестящая пластинка из рения не тускнеет практически вечно. Легко представить, какое применение найдет этот металл для отделки автомобилей и самолетов.
Большинство кислот не оказывает на рений никакого действия. Он сохраняет «невозмутимость» даже при обливании его горячей плавиковой кислотой, которая славится своей агрессивностью. Поэтому самая небольшая добавка рения делает многие сплавы кислотоупорными. Химическая аппаратура из сплавов рения служит в десятки раз дольше, чем агрегаты, сконструированные из обычных сплавов.
Не надо быть особенным пророком, чтобы предсказать, что в самом недалеком будущем рений вытеснит вольфрам во многих областях техники. Дело прежде всего в том, что при высоких температурах рений обладает большей прочностью, чем вольфрам. Поэтому уже сейчас в наиболее ответственных машинах поверхности трущихся деталей, если при трении возникает высокая температура, покрывают рением. Ко всему следует добавить, что рений очень легко и хорошо образует электролитические покрытия, а это в высшей степени ценное свойство этого элемента.
Итак, одна область применения рения заключается в использовании его отличных механических качеств и химической инертности. Но насколько рений инертен в реакциях со многими веществами, настолько он активен в вызывании реакций посторонних веществ. Иными словами, рений оказался прекрасным катализатором многих важных химических реакций. Рений — катализатор. Такова вторая широкая область применения этого металла будущего.
Уже через несколько лет после открытия рения стало известно, что он катализирует реакцию взаимодействия углекислого газа с водородом. Продуктом реакции при этом является метан. Трудно переоценить значение этой реакции. Метан — прекрасное горючее, легко транспортируемое, высококалорийное, не коптящее и не дымящее. Но самое главное, что метан можег служить источником множества химических продуктов, которые получаются на его основе. Углекислый же газ и водород — побочные продукты многих производств. При сгорании угля и нефти в воздух выделяются сотни тысяч тонн углекислоты в сутки. Водород тоже образуется как побочный и даже вредный продукт при электролитическом получении кислорода и многих металлов.
Рений позволяет легко и просто превратить эти отбросы производства в ценнейшее сырье для народного хозяйства нашей страны. Окислы рения, как выяснилось, отлично катализируют такой важный для химической технологии процесс, как окисление кислородом воздуха сернистого газа. Ведь на этой реакции основан процесс получения серной кислоты.
Итак, ясно — будущее за рением. Но основная задача внедрения этого металла в будни советской промышленности пока еще остается нерешенной. Необходимо найти методы быстрого и дешевого извлечения рения из содержащих его руд. Задача эта трудна, но выполнение ее столько сулит народному хозяйству нашей страны, что тот из химиков, кто посвятит себя ее решению, может быть горд сознанием важности выполняемого им дела.
Основа века атома
