Путешествие в Страну элементов - Л. Бобров

бросает комок глиняного теста на медленно вращающийся круг и ловкими движениями пальцев вытягивает из бесформенной глины стенки горшка, тарелки, кринки. Готовый сосуд покрывается узорами, подрезается тонкой ниткой и ставится на просушку. Обязательной операцией при изготовлении любого керамического изделия является обжиг. Чем выше температура, при которой обжигается изделие, тем лучше его качество.

Фарфоровую и фаянсовую посуду делают из одного и того же сорта белой глины — каолина (Al2O3·2SiO2·H2O), но фарфоровая обжигается при более высокой температуре и поэтому получается полупрозрачной. Фарфоровую и фаянсовую посуду покрывают сверху легкоплавкими сортами стекла — глазурью.

Керамические изделия играют огромную роль в современной технике. Они широко применяются в электро- и радиопромышленности. Разработаны специальные сорта радиофарфора, содержащие, кроме чистого каолина, многие другие химические вещества и обладающие высокими изоляционными свойствами.

Чем еще интересен кремний?

Кроме стекла и керамики, кремний образует много других важных и полезных соединений. Соединение кремния с углеродом — карборунд SiC получают прокаливанием смеси SiO2 и угля; он уступает по твердости лишь алмазу и является одним из основных материалов для изготовления наждачных и шлифовальных кругов, которые могут обработать самую твердую сталь.

Кремний, как и углерод, может образовывать цепи из своих атомов. Известны соединения кремния SiH4 — силан, Si2H6 и вплоть до Si6H14, но они гораздо менее прочны, чем углеводороды, и способны самовоспламеняться на воздухе. Здесь, как и всюду, сказывается стремление кремния образовывать свое самое устойчивое соединение SiO2. На примере карборунда видно, что связь атомов кремния и углерода Si — С очень прочна. Ученые воспользовались этим и ввели в состав молекул масел, лаков и других веществ атомы кремния вместо некоторых атомов углерода. Получились прочные смешанные углеродно-кремниевые цепочки. Такие соединения назвали кремний-органическими, они очень устойчивы, не боятся высокой температуры. Сейчас кремний-органические соединения используются для приготовления теплостойких масел, лаков и эмалей. Электромотор, обмотка которого сделана проводом в кремнийорганической изоляции, имеет вдвое большую мощность, чем такой же мотор с обычной обмоткой.

Неустойчивость связи атомов кремния друг с другом говорит о том, что не может быть жизни без соединений углерода. Атомы кремния никогда и ни при каких условиях не образуют без атомов углерода таких огромных и сложных цепей, как это делают углеродные атомы. Поэтому научные фантазии, что на «других мирах» может быть совсем другая жизнь, на основе соединений кремния, имеют мало оснований.

Роль соединений кремния в жизни человека быстро возрастает. Камень, цемент и керамика вытесняют недолговечный металл, все шире используются стекло, эмали, проводятся успешные опыты по изучению «настоящего» каменного литья, чистый кремний становится незаменимым материалом в радиотехнике, входят в жизнь теплостойкие кремнийорганические соединения.

Безжизненный и жизнь

Азот был открыт английским естествоиспытателем Даниэлем Резерфордом в 1772 году. Ученый исследовал воздух изолированного от атмосферы колокола, в котором, прожив немного, погибла мышь. «Дыхание животных, — пишет он, — не только превращает здоровый воздух в фиксируемый воздух (углекислый газ), но после того, как фиксируемая порция поглощена раствором едкого кали, остающаяся часть хоть и не вызывает осадка с раствором гашеной извести (в отличие от CO2) — гасит пламя и губит жизнь».

Самая первая характеристика дана азоту с чисто негативной стороны.

Вряд ли какому элементу «не повезло» с названием так, как азоту. «Азотикон» по-гречески означает «безжизненный». Немцы назвали его еще категоричней — «удушающее вещество» (Stickstoff).

Безжизненный, удушающий… А между тем жизнь и азот неразделимы.

«Жизнь — это способ существования белковых тел», — сказал Энгельс, а ведь без азота белка нет.

Вся колоссальная масса растений и живых организмов на Земле состоит в основном из четырех элементов, о которых можно сказать четверостишием Шиллера:

Vier Elementen,

Innig geselt,

Bilden das Leben

Bauen die Welt.

Четыре элемента,

Воедино сливаясь,

Жизнь дают

И строят мир.

Эти четыре элемента — углерод, водород, кислород и азот. Химическая инертность — вот чему обязан азот своим названием. При комнатной температуре он соединяется только с литием: молекула азота состоит из двух атомов, которые связаны очень прочно. Чтобы из ста молекул азота пять одновременно распались на атомы, необходима температура в 3500 градусов, а чтобы в сорока молекулах разорвать связь атомов, нужна колоссальная температура в 8000 °C. Понятно, что при обычных условиях азот не вступит в связь с кислородом и водородом.

При повышении температуры и при малом содержании кислорода азот становится гораздо активнее. Он доставляет много хлопот металлургам, которые удаляют его из сплава в шлак, добавляя титан, жадно соединяющийся с азотом.

В земной коре, атмосфере, на далеких планетах

Основная масса азота содержится в атмосфере. На каждый квадратный метр земной поверхности приходится 8 тонн атмосферного азота; такое количество в состоянии обеспечить питание растений более чем на миллион лет.

В земной коре его количество едва достигает 0,4 процента по весу. И это не удивительно. Ведь азот инертен. Удивительно другое: откуда он взялся в связанном состоянии? На этот счет существует много теорий. По одной из них, азот реагировал с другими элементами в далекую геологическую эпоху, когда Земля была расплавленной вязкой массой, покрытой тонкой твердой корочкой, которую то тут, то там прорывали мощные фонтаны паров и газов. Расплавленные металлы реагировали с азотом, образуя нитриды.

Возможно, азот фиксировался несколько позже, когда поверхность Земли скрывалась под жаркой и влажной атмосферой, в которой сверкали одновременно тысячи молний необыкновенной силы. Они и соединяли азот с кислородом, а мощные ливни приносили на Землю азотную кислоту, которая, просачиваясь, реагировала с металлами и образовывала азотнокислые соли.

Азот содержится и за пределами земной атмосферы в виде соединений. Английские ученые Бернал и Месси предполагают, что если не на Земле, то на крупных планетах солнечной системы — Уране и Юпитере, в атмосфере которых есть аммиак, может встречаться металлический аммоний, образующий «рудные жилы» в толще планет. В обычных условиях свободный аммоний — аналог калия и натрия по химическим свойствам — не удается получить, он немедленно разлагается на аммиак и водород.

Ученые подсчитали, что при температуре, близкой к абсолютному нулю, и давлении около 250 тысяч атмосфер металлический аммоний устойчив и равновесие 2NH3 + Н2 ↔ 2NH4 сдвигается вправо. Такие условия существуют на далеких и холодных планетах солнечной системы.