Читать книгу "Элементы: замечательный сон профессора Менделеева - Аркадий Курамшин"

Магний седьмой по распространенности элемент в земной коре и третий — в расплавленной мантии Земли, состоящей преимущественно из силикатов магния — оливина и пироксена. Магния много в морской и океанской воде, так что фотографам конца XIX — начала XX века было из чего добывать магний, чтобы размалывать его в порошок и применять в первых фотовспышках. В наши дни металлический магний получают электролизом расплава его хлорида.

Магний горит, выделяя огромное количество тепла, и, если он загорается, потушить его практически невозможно — горение магния поддерживает не только кислород и азот атмосферы, но и самое распространённое средство пожаротушения — вода. Во время второй мировой войны американские оружейники разработали зажигательную авиационную бомбу М69, большая часть от 2.7 килограмм которой приходилась на магний. При активации боеприпаса загоралась термитная смесь (смесь порошков оксида железа и металлического алюминия), термит поджигал магний, который содержался как внутри корпуса бомбы, так и представлял большую часть её корпуса, ну а горящий магний поджигал на поверхности земли все, что могло гореть, попутно понижая содержание кислорода. Как свидетельствуют отчеты американских ВВС, особенно эффективными такие зажигательные боеприпасы оказались при бомбежках Японии, в городах которой было очень мало каменных строений.

В земной коре содержится немало минералов, в состав которых входит магний, но наиболее распространённые — уже упоминавшийся магнезит и доломит (карбонат кальция-магния, CaMg(CO3)2), добыча которых составляет десятки миллионов тонн ежегодно. Чаще всего из обоих руд выделяют магнезию (оксид магния), которая затем применяется как пищевая добавка для скота, средство для понижения кислотности почвы, армирующий агент для получения полимерных композитных материалов и для изготовления огнеупорного кирпича.

13. Алюминий

Давным-давно, в эпоху исторического материализма, когда на литературе проходили роман Н. Г. Чернышевского «Что делать?», учителя пытались объяснить нам, что «Четвертый сон Веры Павловны» — гениальное пророчество, и автору романа, или его лирической героине с приснившимися зданиями из алюминия удалось увидеть не только самый настоящий развитой социализм, но и предсказать появление архитектурного стиля индустриального конструктивизма.

Сейчас я склонен думать, что это не так, и через Веру Павловну Николай Гаврилович описал примерно такой же утопический Город Солнца, как и Кампанелла, только с молочными реками, кисельными берегами и невиданной роскошью — во времена Чернышевского стоимость алюминия не меньше, чем у серебра, и не только в России. Лондонское химическое общество, желая произвести впечатление дороговизной подарка, в 1889 году подарило Дмитрию Ивановичу Менделееву весы из золота и алюминия. Сомнительно, что Чернышевский мог предвидеть то, что придёт время и, благодаря химикам, алюминий станет самым дешёвым металлом на Земле.

Алюминий — третий по распространённости после кислорода и кремния элемент в Земной коре и самый распространённый металл. Несмотря на то, что алюминий можно найти в огромном количестве минералов и в глиняной почве, до 1808 года об этом металле никто не знал. Первооткрывателем алюминия и учёным, давшим ему имя, был тот же самый Хэмфри Дэви, давший название магнию (судя по всему, 1808 год у Дэви складывался весьма удачно). Учёный назвал алюминий в честь сырья, из которого выделил — квасцов (по латыни — alum), с античности применявшихся для закрепления окраски на тканях, правда Дэви удалось выделить грязный образец металла.

Первый образец чистого алюминия (легкого серебра) был получен в 1825 году датчанином Гансом Кристианом Эрстедом. Сложности извлечения алюминия из его оксидов позволяли получать лишь килограммовые количества алюминия, из-за чего какое-то время алюминий относили к драгоценным металлам. Цилиндр из алюминия выставлялся с королевскими регалиями на парижской выставке 1855 года, у Наполеона III был столовый набор, который подавали только самым почётным гостям.

Всё изменилось в 1886 году, когда Чарльз Мартин Холл, двадцатидвухлетний учёный любитель из Америки, разработал способ получения алюминия, который позже оказалось возможным масштабировать до целой отрасли металлургии. Для развития этого стартапа ему даже не пришлось прибегать к краудфайндингу, нанимать персонал и арендовать помещения — хватило старшей сестры в качестве ассистента и собственного сарая-мастерской. Холл растворил оксид алюминия (компонент белой глины или каолина) в расплавленном гексафтиоралюминате калия (более известном, как криолит) и пропустил через расплав постоянный ток большой силы. Удивительно, но в то же самое время другой двадцатидвухлетний изобретатель — француз Поль Луи Эру, ничего не зная о Холле и его работах, изобрел точно такой же способ, заставив патентные конторы Америки и Европы определять, чей способ получения считать приоритетным. В любом случае, химия проще и, наверное, честнее некоторых законов об интеллектуальной собственности. Разработанный независимо друг от друга молодыми людьми метод получения алюминия сейчас называется методом Холла-Эру, и до сих пор применяется для ежегодного получения миллионов тонн алюминия.

Перестав быть благородным металлом, алюминий быстро нашёл себе работу. К началу 1900-х годов провода из алюминия практически полностью вытеснили медные провода из электростанций и линий передачи электроэнергии. Гибкость, лёгкость и дешевизна алюминия компенсировали его меньшую по сравнению с медью электропроводность. Потом настала пора алюминиевых сплавов, со временем заменивших дерево и перкаль при строительстве летательных аппаратов тяжелее воздуха. Из лёгких магний-алюминиевых сплавов делают автомобильные детали, рамы для велосипедов (рама, основным компонентом которой являются магний и алюминий с примесями цинка и других легирующих добавок такая же прочная, как рама из стали, но весит раза в три меньше).

Пищевая промышленность и связанные с ней отрасли тоже не обошли стороной самый распространённый металл на Земле. Тонкая фольга из алюминия стала популярным упаковочным материалом, он стал применяться в изготовлении посуды, консервных банок. Процесс нанесения фторсодержащего полимера — тефлона, на алюминий привел к созданию компании, утварь и техника которой всегда думает о нас.

Однако в металлическом блеске алюминия есть и свои темные стороны. Несмотря на распространённость алюминия на Земле, эволюция так и не разработала ни одного биохимического процесса, в котором алюминий мог бы приносить клеткам или внеклеточным формам жизни хоть какую-то пользу. Более того растворимая форма алюминия — соли, содержащие катион Al+3 токсичны для растительных клеток. В кислых почвах высвобождение Al3+ из минералов ускоряется, урожайность культур, растущих на таких почвах падает, а к кислым относится чуть ли не половина всех возделываемых земель. Обмену веществ людей алюминий тоже не нужен, но он регулярно попадает к нам в организм с воздухом, которым мы дышим, едой и питьём. Следовые количества алюминия всегда присутствовали в нашем рационе даже у наших далеких предков, предпочитавших питаться, сидя на ветвях дерева, однако сейчас мы преднамеренно увеличиваем его содержание в нашей пище — некоторые пищевые добавки содержат алюминий. Незначительное количество алюминия может попадать в наш организм через кожу, когда мы пользуемся содержащими оксид алюминия антиперспирантами, но все эти источники не могу поднять содержание алюминия в нашем организме до опасного уровня. Иронично, но самые ударные дозы алюминия мы получаем с лекарствами — антацидами, цель которых снизить кислотность желудка. Существуют исследования, в которых говорится о связи алюминия и болезни Альцгеймера, но является алюминий фактором формирования ответственных за это заболевание амилоидных бляшек или наоборот, сами бляшки интенсивно копят алюминий — неясно. В любом случае, чтобы не насыщать свой организм алюминием сверх меры стоит перекладывать не съеденное сразу содержимое консервных банок в контейнеры из других материалов (ионы алюминия начнут попадать в пищу, только тогда, когда начнет контактировать с воздухом, то есть только после вскрытия банки) и наоборот — не следует готовить кислую пищу в алюминиевой посуде.