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

Людвигу Монду — немецкому химику, эмигрировавшему в Великобританию в 1862 году, удалось обнаружить новый класс химических соединений, попутно разработав способ получения высокочистого никеля. Открытие, как это часто бывает, началось с проблемы — в ходе эксперимента Монд пропускал моноксид углерода (СО, угарный газ) через краны и клапаны из никеля и, хотя эти же краны обеспечивали герметичное соединение при работе с кислородом и другими активными газами, СО они не могли удержать. Раз за разом наблюдая, как из-за недостаточно герметичной системы газовых коммуникаций срывается эксперимент, Монд решил выяснить, что же не так с этими никелевыми кранами и обнаружил нечто неожиданное — никель корродировал в токе моноксида углерода, образуя тетракарбонилникель (Ni(CO)4). Так были открыты карбонильные комплексы, полученные затем и для других металлов. Ещё одной неожиданностью для Монда и его коллег было то, что в отличие от соединений металлов, известных в XIX веке и представлявших собой при комнатной температуре либо твердые тела, либо жидкости с достаточно высокой температурой кипения, тетракарбонилникель был легколетучей жидкостью, кипящей при температуре 44 °C. Низкая температура кипения и высокая летучесть тетракарбонилникеля требует особых мер предосторожности при работе — если вдохнуть это вещество, в организме оно разлагается с выделением токсичного ударного газа, попутно формируя отложения никеля на легких. Тетракарбонилникель очень ядовит — его предельно допустимая концентрация составляет 0.0005 мг/м³ (если сравнивать, для хлора она в 60 раз выше — 0.03 мг/м³). Однако Монда привлекла не токсичность обнаруженного соединения, а то, что при нагревании Ni(CO)4 легко разрушается на никель и СО — это давало возможность просто выделять никель из смеси с другими металлами и очищать его (моноксид углерода при этом можно было бы применять повторно).

Монд был не только наблюдательным химиком, но и человеком с коммерческой жилкой. Он запатентовал процесс очистки никеля и организовал компанию, которая могла себе позволить продавать сверхчистый никель дешевле конкурентов. Доходы от продаж шли в развитие, и в 1926 году компания Mond Nickel Company стала одной из четырех крупных химических компаний Британии, слияние которых породило промышленного гиганта Imperial Chemical Industries (в 2008 году ICI вошла в состав промышленного конгломерата AkzoNobel).

В 1960-е годы началось применение никеля в нефтехимической промышленности — немецкий химик Гюнтер Вильке нашёл и внедрил в производство реакции органических соединений, катализируемые никелевыми комплексами. В XX веке появились новые никелевые сплавы особого назначения — инвар (сплав железа с никелем), который практически не расширяется и не сжимается при изменении температуры, монель (сплав никеля с медью), который настолько устойчив к коррозии, что его не берёт даже фтор, нитинол (сплав титана с никелем) — ещё один коррозионно устойчивый сплав, который ещё и обладает памятью формы. Это свойство заключается в том, что если деталь из нитинола сложной формы подвергнуть нагреву до красного каления, то она «запомнит» эту форму. После остывания до комнатной температуры форму детали можно изменить, но при нагреве выше 40 °C она восстановит первоначальную форму. Ну и, наконец, во многих странах никель стал монетным металлом — из него чеканят металлические деньги, а в США до сих пор имеющая хождение монета достоинством в 5 центов носит разговорное название «никель».

29. Медь

Если никель стал монетным металлом сравнительно недавно, то медь используется для изготовления эквивалента товаров с начала товарно-денежных отношений — чеканка монет из меди, серебра и золота начинается с того момента, когда деньги были изобретены. Из трёх древнейших монетных металлов о меди сложилось впечатление как о Золушке: «Золото — хозяйке, серебро — слуге, медяки — ремесленной всякой мелюзге», и, благодаря художественной литературе и фильмам складывается впечатление, что получавшие по несколько медяков в день ремесленники и подёнщики Средневековья еле выживали и при любом удобном случае бежали в условный Шервуд к условному Робину Гуду.

Это не так. Например, в XIV веке в Англии на один медный пенс (тот самый медяк) можно было купить или курицу, или дюжину яиц, или галлон (около 4 литров) дешёвого пива. Медные копейки, введённые в России Петром I (до Петра Алексеевича российская копейка чеканилась из серебра) имели близкую покупательную способность. Понятно, что на несколько медяков в неделю шиковать не приходилось, но свести концы с концами было можно. Можно ли сейчас купить что-то на пятицентовик (в котором на самом деле никеля только 25 %, а остальное — медь), я так и не нашёл.

Скорее всего проблема меди была в другом. Если из серебра и золота можно было и чеканить монеты, и изготавливать ювелирные изделия, то медь явно не годилась на кольца и ожерелья — этот металл будет взаимодействовать с компонентами пота, окрашивая кожу в месте контакта в зелёный цвет.

Историки уверены, что медь — это первый металл, который люди начали добывать и извлекать из руд. Есть исторические свидетельства в пользу того, что инструментами, полученными обработкой металлической меди, пользовались уже десять тысяч лет назад, хотя «официально» энеолит, медный век длился IV–III тысячелетия до н. э. Около тысячи лет человечеству хватило на понимание того, что медь сама по себе металл мягкий, и в ряде случаев инструменты из неё по долговечности уступают традиционному камню, и эра чистой меди сменилась этой её сплава с оловом — наступил Бронзовый век.

В славянских языках происхождение слова «медь» неясно. По одной версии, его предок — древнегерманские слова smida (металл) и schmied (кузнец, ремесленник), по другой — регион, который мог служить источником меди — Мидия. То, откуда произошло международное латинское название меди — cuprum произошло от названия острова Кипр, где в античности существовали медные рудники и производилась выплавка меди. Поскольку на Кипре по легенде родилась Афродита — богиня в том числе и красоты, а первые зеркала делали из отполированных до блеска медных листов, медь быстро стала «женским металлом», и в алхимических традициях соотнесения металла и небесного тела «Семь металлов создал Свет по числу семи планет» изображалась в виде зеркала Венеры.

Переход к железному им нашему, «полимерному» веку не понизил значимость и востребованность меди. Её химическая инертность, относительная дешевизна и высокая электропроводность делают её наряду с алюминием самым распространённым материалом для изготовления проводов. Хотя медь легко подвергается вторичной переработке, и около 80 % всей меди, произведённой человечеством, продолжает использоваться и в наши дни, с 1986 мировая цена на медь выросла в среднем в два с половиной раза.

Медь интересна не только своей ролью, которую сыграла и продолжает играть в развитии человеческой цивилизации как металл — объект мегатоннажного производства. Комплексы одновалентной меди в начале 2000-х годов оказались катализаторами циклоприсоединения по Хьюсгену, ставшего одним из важных процессов, которые относятся к «клик-химии». Этот термин был введен в 2001 году американским химиком Барри Шарплессом для описания быстрых, однозначно протекающих реакций между органическими соединениями, легких в исполнении, а также в выделении и очистке целевого продукта. Такое направление химии интенсивно развивается, позволяя проводить быструю модификацию природных соединений и известных фармацевтических препаратов, разработку новых лекарств, а также создавать новые типы полимерных материалов.