Путешествие в Страну элементов

Элементы щелочных земель

Металлический кальций и его аналоги — стронций и барий — были получены впервые около 150 лет тому назад, но соединения кальция служат человеку с глубочайшей древности.

Гораздо меньшее значение по сравнению с кальцием имели, да и сейчас имеют стронций и барий и их соединения. К группе щелочноземельных элементов, о которых сейчас идет речь, принадлежит по своим химическим свойствам и радий. Однако не химические свойства, а радиоактивность сделала этот элемент провозвестником новой эпохи в науке.

Название «щелочноземельные элементы» сохранилось за кальцием, стронцием и барием с тех времен, когда соединения, которые мы с вами теперь называем окислами, именовались «землями». Эти вещества не изменялись при нагревании, слабо растворялись в воде, давая щелочные растворы, что по тогдашним представлениям соответствовало понятию «земли».

«Известковую землю» — окись кальция — люди знали с давних времен. За способность соединяться с углекислым газом, связывать его, а также давать нерастворимые соли со многими кислотами окись кальция называли еще «связывающей землей». Соединения же бария и стронция попали в руки химиков сравнительно недавно — около 190 лет назад. В 1774 году Шееле исследовал природную двуокись марганца — пиролюзит — и обнаружил в ней неизвестное до того времени вещество большого удельного веса, которое получило название тяжелого шпата, или барита. Последнее название происходит от греческого слова «барюс» — тяжелый, тяжесть. А через тринадцать лет в Шотландии, вблизи селения Строншен, было найдено другое, похожее вещество — стронцианит. Впоследствии было установлено, что ученые имели дело с сульфатами бария и стронция, а название этого последнего имеет, как видите, географическое происхождение.

Методы, которыми пользовалась наука до конца XVIII века, не позволяли разложить «земли» на более простые вещества, поэтому Антуан Лавуазье в 1789 году в своем «Элементарном курсе химии» относил CaO, SrO и BaO к числу элементов. Однако там же он высказывал предположение, что эта точка зрения должна будет измениться и что наука найдет способ разложить упрямые «земли». Лавуазье оказался прав.

Применение новых методов исследования всегда приводит к революционным сдвигам в науке. Так было и тогда, когда английский ученый Г. Дэви в 1808 году впервые использовал электрический ток для воздействия на химические вещества. Атака на «земли», в которой принимал участие и другой знаменитый ученый — Берцелиус, привела к замечательной победе: один за другим из «земель» были выделены чистые металлы — барий, стронций и кальций (его назвали так от французского слова «кальк» — «известь»).

Понятно, почему чистые щелочноземельные элементы в природе не встречаются и с трудом даются в руки людям: они настолько активны, что соединяются буквально со всеми составными частями воздуха (кроме инертных газов), даже с азотом.

В нашем сознании представление о металле часто связано прежде всего с прочным, твердым, устойчивым конструкционным материалом. Но в обширной семье металлов встречаются представители и очень активные и совершенно инертные, более легкие, чем вода, и более тяжелые, чем ртуть. «Спектр» свойств металлов поистине неисчерпаем…

Кальций, стронций и барий — близкие родственники, однако кальций во многих отношениях выделяется из этого «семейства». И прежде всего своей чрезвычайной распространенностью в природе.

Кальций — непременная составная часть силикатных пород — самой большой группы минералов земной коры. Сравнительно меньше он встречается в виде карбоната CaCo₃ или сульфата CaSO₄. Еще меньше — в виде фосфата Ca₃(PO₄)₂. Но об этих соединениях кальция стоит рассказать подробнее.

Природный карбонат кальция — соединение чрезвычайно многоликое. Прежде всего в зависимости от строения кристаллов карбонат кальция образует два минерала — кальцит и арагонит.

Последний, в частности, является «строительным материалом» сталактитов и сталагмитов, замечательных по красоте произведений природы, которыми порой так богаты естественные пещеры.

Кальцит встречается в нескольких разновидностях. Многим из вас приходилось видеть настоящие горы мела на берегах Волги и других наших рек. Мел состоит из микроскопических раковин, а некоторые скопления известняков иногда состоят из более крупных раковин, видимых простым глазом. Мел и известняки — самые распространенные формы кальцита. Мрамор по химическому составу — тоже карбонат кальция, а по строению кристаллов — кальцит. Но из-за иных, чем для известняка и мела, условий образования в природе он и по внешнему виду и по свойствам отличается от других форм кальцита. Многоликое соединение имеет и еще одну форму — так называемый исландский шпат. Кристаллы его прозрачны и обладают интересным свойством, известным в физике как двойное лучепреломление.

В общей сложности на поверхности суши залежи известняков занимают площадь около 40 миллионов квадратных километров. Представьте себе поверхность, равную двум территориям нашей страны, — вот что значит эта цифра!

По представлениям немецкого геохимика Гольдшмидта, земную кору можно уподобить слою шлаков, покрывающих расплавленное железо в доменной печи. Хотя, конечно, эта аналогия не может быть полной, однако и земная кора и доменные шлаки состоят из относительно легких соединений кальция, натрия и калия с кремнием, алюминием и кислородом — из алюмосиликатов и силикатов. Недаром наружный слой Земли называют иногда «сиаль», подчеркивая тем самым преобладание здесь кремния Si и алюминия Al. В этих же соединениях содержится магний, барий, стронций.

Если бы мы могли перенестись во времена ранней молодости нашей планеты, то мы не обнаружили бы в ее коре привычных нам карбонатных пород — известняков и т. п.; дело в том, что эти породы много моложе алюмосиликатов.

Бурная вулканическая деятельность прежних геологических эпох приводила к насыщению атмосферы углекислым газом. Теплая и влажная атмосфера, богатая углекислым газом, горячие потоки воды, проникающие в каждую щель гранитных массивов, в течение миллиардов лет делали свою разрушительную работу, «вырывая» кальций и другие металлы из плена, превращая огромные количества силикатов и алюмосиликатов в нерастворимые соединения — глину и песок — и унося кальций и его спутников в виде сравнительно хорошо растворимых соединений — карбонатов или сульфатов. Конечно, разрушение алюмосиликатов — процесс далеко не мгновенный. Только в сказках можно превратить гору в песок, сказав ей: «Рассыпься!» Но сотни миллионов лет, помноженные на эту — пусть даже небольшую — скорость разрушения, сделали свое дело.

С появлением жизни на Земле в истории кальция выдающуюся роль стали играть живые организмы.

Мы уже сказали, что движение кальция из алюмосиликатов в карбонаты и сульфаты — это процесс очень и очень медленный. Но есть еще один, сравнительно быстрый процесс в природе, в котором участвует кальций и который принято называть «круговоротом» кальция в природе.

Невозможно найти такой водоем, в котором не были бы растворены соли кальция. Особенно много этих солей в водах лиманов и минеральных источников. В морях на долю солей кальция приходится 1,6 процента и самыми частыми спутниками его являются углерод и сера (в виде ионов CO₃^2– и SO₄^2–).

Чтобы разобраться в особенностях «путешествия» кальция, рассмотрим равновесие, существующее в водных растворах карбоната кальция:

Когда через известняк сочится вода, насыщенная углекислым газом, равновесие нашей реакции смещается вправо, в сторону образования растворимого бикарбоната кальция. Это означает, что малорастворимый CaCO₃ превращается в растворимую соль и уносится водой. Эта-то соль (которую никто никогда не держал в руках, потому что она существует лишь в растворах) и является важнейшим звеном в цепи путешествия кальция в природе.

Может показаться, что наши рассуждения слишком теоретичны: да много ли углекислого газа растворяется в воде? Сколько кальция уносит вода? Но недаром говорится, что капля камень точит: ежегодно реки уносят в моря и океаны до 600 миллионов тонн кальция!

В теплой воде океана растворимость углекислого газа уменьшается, часть его улетучивается. Чтобы восстановить нарушенное равновесие, бикарбонат отдает «лишнюю» молекулу углекислого газа и, превращаясь в нерастворимый средний карбонат CaCO₃, выпадает в осадок (стрелка в нашем уравнении «поворачивает» влево). Таким путем на дне океанов вырастают мощные пласты известняка.

Ясно, почему известняк относят к осадочным породам, а поскольку осаждение происходит химическим путем, то говорят, что такие породы имеют хемогенное происхождение. Если вместе с кальцием осаждается магний, образуются залежи доломита CaCO₃·MgCO₃.

Однако бикарбонат может превращаться в известняк и биогенным путем, с участием живых организмов. Многочисленные морские организмы используют карбонат кальция для постройки раковин, разлагая содержащийся в воде бикарбонат. После отмирания таких организмов раковины оседают на дно. Такое «строительство» продолжается миллионы лет, давая залежи ракушечника и мела.

Горообразовательные процессы поднимают их над поверхностью моря. Попадая в условия высоких температур и давлений, известняки уплотняются, меняют свою структуру и превращаются в мрамор. Это уже метаморфическая порода («метаморфоза» означает «превращение»). Поднятые над морем массивы известняков снова подвергаются атаке воды, углекислого газа, тепла — начинается новый цикл бесконечного путешествия кальция. Вот почему иногда говорят о круговороте кальция в природе.

Но вспомним, что путешествие кальция началось с разрушения алюмосиликатов, причем кальций не возвращается снова в такие соединения. А это значит, процесс идет необратимо, и то, что мы называем циклом, кругом, круговоротом, — достояние лишь определенного геологического периода.

Кальций, кроме того, играет огромную роль в круговороте углерода: 99,82 процента углерода земной коры содержится в осадочных породах, то есть в значительной степени связано именно с кальцием.

Представим себе, что жизнедеятельность растений и животных, горение и другие процессы не возобновляли бы в атмосфере запасы углекислого газа. Тогда потребовалось бы всего 1800 лет, чтобы весь наличный CO₂ был бы связан кальцием и другими металлами.

Ну, а что же «бедные родственники» кальция — барий и стронций? Их судьба похожа на судьбу кальция. Эти элементы тоже в виде сульфатов и карбонатов попадают в воду и затем в осадочные породы. В общих чертах они путешествуют по тем же «маршрутам», что и их вездесущий родственник.

Когда человек, не довольствуясь уже готовыми дарами природы, начал строить каменные жилища сам, по-видимому, в качестве строительного материала он использовал прежде всего известняк. Ведь его много, он достаточно прочен и в то же время легче поддается обработке, чем другие твердые породы.

Из известняковых плит сложены знаменитые египетские пирамиды. Наши южные города — такие, как Одесса, Евпатория, — строились из известняка. А Москва — ведь она потому и называлась белокаменной, что стены ее слагались из подмосковных известняков!

Сооружения древних времен возводились без применения каких-либо веществ, скрепляющих, «склеивающих» камни друг с другом. Прочность кладки обеспечивалась идеальной подгонкой, пришлифовкой камней. Трудно себе даже представить, какую титаническую работу приходилось при этом проделывать. Готовить вяжущие материалы люди научились гораздо позже. И в этом им снова пришел на помощь кальций.

Если природный гипс CaSO₄·2H₂O нагреть до 150 градусов, то часть его кристаллизационной воды удаляется. Получившийся гидрат с меньшим содержанием воды 2CaSO₄·2H₂O может «возвратить» себе потерянную воду. Практически такой «жженый», как его называют, гипс, или алебастр, размешивают с водой и полученную массу используют в качестве вяжущего материала для штукатурных работ и т. д. По мере того как вода «возвращается» в молекулу кристаллогидрата, происходит затвердевание массы.

Если нагреть гипс выше 500 градусов, он полностью обезвоживается и теряет способность присоединять воду обратно. За это его и называют «мертвым» гипсом. Если же продолжать нагревание, доводя температуру до 1000 градусов и более, то получается новый вяжущий материал — так называемый гидравлический гипс. Это уже более сложное вещество: прокаливание при такой высокой температуре ведет не только к полной потере воды, но и к частичной потере серного ангидрида, который был связан в молекуле гораздо прочнее, чем кристаллизационная вода. Теперь образуется соль, в которой количество основного окисла CaO превышает количество кислотного окисла SO₃. Нормальная соль CaSO₄ превратилась в основную, состав которой выражается приближенной формулой xCaSO₄·yCaO.

Если добавить воду к гидравлическому гипсу, она присоединяется к основной соли, получающиеся кристаллы переплетаются друг с другом, давая очень прочную массу, устойчивую к действию воды (недаром же гипс гидравлический!) и колебаниям температуры. Этот вяжущий материал был известен людям очень давно: в Египте он применялся уже 4 тысячи лет назад.

С древних времен используется людьми в качестве вяжущего вещества и известь. В наше время ежегодно расходуют десятки миллионов тонн извести. Для приготовления извести обжигают известняк в больших печах при температурах около 900 градусов. Чтобы превратить известь в вяжущий материал, ее «гасят» водой:

Если воду взять в избытке, образуется «известковое молоко». К нему добавляют еще песок и полученную массу (строители называют ее «раствором») используют для скрепления камней или кирпичей в строительстве.

Как происходит схватывание, затвердевание такой массы? Главную роль при этом играет поглощение углекислого газа из воздуха:

Частично также образуются силикаты за счет песка, имеющегося в массе:

Легко понять, почему отвердение известкового раствора происходит медленно: углекислого газа в воздухе не так уж много, а главное — при схватывании выделяется вода, на просыхание которой необходимо значительное время. Да и прочность извести после затвердевания сравнительно невысока.

Этих недостатков лишен самый важный вяжущий материал нашего времени — цемент. Это в основном смесь силикатов или алюминатов. Сырьем для получения цемента служит известняк (источник CaO) и глина (источник кислотных окислов SiO₂ и Al₂O₃). Сырье тщательно измельчают и постепенно вводят в слегка наклоненную вращающуюся печь, в которую с противоположной стороны — противотоком — поступает топливо: угольная пыль или газ. Печи эти имеют довольно внушительные размеры — 150 метров в длину и 3,6 метра в диаметре. Такие печи могут давать до 23 тонн цемента в час.

При сгорании топлива в печи развивается температура до 1500 градусов, исходная смесь медленно перемещается и обжигается. Известняк разлагается, давая CaO. Окись кальция реагирует с составными частями глины, образуя силикаты и алюминаты кальция. Комковатый продукт — клинкер — охлаждают и размалывают, после чего получается зеленовато-серая пудра цемента. Приготовленный таким способом силикатный цемент содержит CaO (около 60 процентов), SiO₂ (25 процентов), Al₂O₃ (около 10 процентов) и Fe₂O₃ (около 5 процентов).

Иногда в качестве исходного вещества берут не известняк, а гипс, добавляя к нему еще уголь и, как обычно, глину. При обжиге такой смеси тоже получается цемент, но отходящие газы содержат сернистый газ, образовавшийся из гипса и используемый для одновременного получения серной кислоты.

Современное строительство предъявляет к цементу высокие требования. Во-первых, он должен хорошо схватываться после смешивания с водой. Но это схватывание не должно быть и «молниеносным», — ведь нужно успеть доставить раствор к рабочему месту и уложить его. Технические условия предусматривают, что затвердевание цемента должно начинаться через 45–60 минут после приготовления раствора. Нельзя допустить также, чтобы процесс затягивался. Нормальным считается, если схватывание происходит в течение 12 часов. В дальнейшем прочность массы возрастает.

Чтобы оценить качество цемента, его марку, через четыре недели массу испытывают на сжатие. Лучшие марки силикатного цемента выдерживают нагрузку до 600 кг/см².

Процесс затвердевания цементных растворов похож на тот, что обусловливает схватывание алебастра: силикаты кальция присоединяют воду, давая твердые кристаллогидраты. Здесь происходят также и другие, более сложные химические и физико-химические изменения. Важно отметить, что для затвердевания цемента (его еще называют «портландцемент») необходима не слишком низкая температура. Поэтому в зимнее время приходится принимать специальные меры для обогрева строящихся сооружений.

Если взять в обжиг глину с малым содержанием SiO₂, то получается глиноземистый цемент, состав которого уже другой: CaO (около 40 процентов), Al₂O₃ (около 40 процентов), Fe₂O₃ (10–15 процентов) и только 5–10 процентов SiO₂. В этом цементе главной составной частью является не силикат, а алюминат кальция. Если глина, используемая в качестве исходного сырья, содержит слишком много SiO₂, то в шихту добавляют железную руду, благодаря чему SiO₂ удаляется, связавшись с железом в силикат.

Очень существенная особенность глиноземистого цемента — его быстрое схватывание. Кроме того, присоединение воды к алюминату кальция CaO·Al₂O₃ сопровождается выделением тепла. А это очень важное обстоятельство; в зимнее время применение такого цемента не требует специальных мер по утеплению. Уже через сутки после приготовления раствора прочность затвердевшего цемента достигает 500–600 кг/см².

В наше время значение цемента не ограничивается использованием его для скрепления кирпичей или камней в кладке. При добавлении в цементное тесто щебня, гравия, шлака получается самостоятельный строительный материал — бетон. Смеси, приготовленной в специальных приспособлениях — бетономешалках, можно придать любую форму. На бетонных заводах так изготовляют плиты, крупные блоки, детали сложного профиля. Использование железного скелета — арматуры — позволяет резко улучшить механические свойства бетонных изделий. Сейчас изделия из железобетона в больших количествах производятся нашей промышленностью строительных материалов.

Мы уже говорили, что глиноземистый цемент выделяет тепло при схватывании. Это полезное свойство иногда становится большим недостатком. Одно дело, когда раствор кладут тонким слоем. Тогда тепло легко и равномерно отводится в окружающее пространство. А представьте себе, например, строительство большой гидроэлектростанции. Здесь в тело будущей плотины укладываются за небольшое время огромные массы бетона. Понятно, что отвод тепла затруднен и внутри бетонного массива температура может повыситься до 80 и более градусов. В этих условиях присоединение воды происходит так, что образуются очень крупные кристаллы гидратированного алюмината, а это в три-четыре раза снижает прочность конструкции. Как же быть?

Вспомним, что при высокотемпературном обжиге природного гипса образуется «мертвый» гипс. Но «мертвый» лишь по отношению к воде. Если 25–30 процентов такого гипса (его называют «ангидрит») добавить к глиноземистому цементу, он взаимодействует с алюминатом кальция в присутствии воды, давая соединение приблизительного состава 3CaO· Al₂O₃·3CaSO₄·H₂O. Эта реакция требует повышенной температуры, которая как раз и развивается при твердении глиноземистого цемента. Таким образом, тепло, которое могло бы повредить прочности сооружения, используется внутри самого массива бетона. Кроме того, ангидрито-глиноземистый цемент приобретает и еще одно важное свойство — устойчивость к морской воде, богатой различными солями и потому особенно агрессивно действующей на различные портовые сооружения.

Чтобы бетонные сооружения были прочными, недостаточно только приготовить бетон из высококачественного цемента, его еще нужно уложить в нужное место и уплотнить. Еще не так давно такое уплотнение бетона производилось исключительно вручную — с помощью трамбовок. Сейчас для этой цели применяют специальные вибраторы, передающие свои колебания массе бетона, заставляя ее уплотниться, оседать.

Современные требования к изделиям из бетона очень разнообразны. Для жилищного строительства у нас недавно начал применяться пенобетон, при изготовлении которого специально добиваются максимальной пористости массы. Плиты из такого материала плохо проводят тепло и звук. Цемент в сочетании с волокнистым силикатом магния — асбестом позволяет получать тонкие плиты шифера, ценного кровельного материала. Из такого асбоцемента делают и различные трубы По производству асбоцементных изделий наша страна сейчас занимает первое место в мире. И по производству цемента всех видов СССР быстро догоняет наиболее передовые капиталистические страны.

В жизни разных животных «элемент-строитель» играет важнейшую роль.

Если для многих низших животных самым «ходовым» материалом для постройки твердых раковин является карбонат кальция, то высшие животные для постройки твердого скелета используют фосфат кальция Ca₃(PO₄)₂. В организме человека доля этого вещества составляет около 3 процентов по весу.

Может быть, это не так уж много? Но представьте себе человека… без костей, этакую медузу вместо высшего произведения природы, — вот что значит «всего 3 процента»! Впрочем, и медузу обижать не стоит: ведь она самый близкий родственник тех самых полипов, которые воздвигают в морях и океанах грозу мореплавателей — коралловые рифы…

При недостатке кальция прочность скелета снижается, появляется опасность переломов, куры несут яйца без скорлупы. Поэтому животные с кормом должны получать достаточное количество минеральных солей, содержащих кальций. В качестве подкормки в животноводстве применяют молотый мел или костяную муку, содержащую фосфат кальция в готовом виде.

Роль кальция в организме далеко не ограничивается постройкой скелета. Ионы кальция содержатся в крови и играют важную роль в возбуждении сердечной деятельности: лишение крови ионов кальция немедленно ведет к остановке сердца.

Кровь, не содержащая кальция, полностью теряет способность свертываться на воздухе. Деятельность центральной нервной системы также нарушается при недостатке кальция. Особенно нуждается в кальции растущий организм. Не удивительно поэтому, что молоко содержит кальциевые соли в большом количестве.

Известно, что некоторые моллюски отлагают карбонат кальция не только при постройке раковин, но и вокруг инородных тел (например, песчинок), случайно попавших внутрь створок, в виде жемчуга. Любопытно, что и в организме человека может происходить процесс, внешне похожий на образование отложений карбоната у жемчужниц. Так, при туберкулезе происходит обызвествление очага заболевания. При некоторых заболеваниях сердца окружающие его ткани также могут обызвествляться, заключая сердце в плотный панцирь.

Кальций не только строитель. Трудно назвать такую отрасль промышленности и народного хозяйства в целом, где на службе у человека не стояли бы соединения кальция. Например, при накаливании смеси окиси кальция с углем в электрических печах получается важный технический продукт — карбид кальция: CaO + 3C = CaC₂ + CO. Если подействовать на него водой, выделяется ацетилен:

Раньше ацетиленом пользовались лишь в качестве горючего для освещения. Когда для сжигания ацетилена применили не воздух, а чистый кислород, отчего температуру пламени удалось довести до 3 тысяч градусов, ацетиленовые горелки стали использовать для резки и сварки металлов. В результате работ знаменитого русского химика А. Е. Фаворского ацетилену была открыта широкая дорога в химическую промышленность.

Интересно, что действие на карбид кальция водяного пара при высокой температуре приводит к образованию не ацетилена, а водорода:

Таким методом можно получать водород для технических целей.

Карбид кальция, соединяясь с азотом воздуха, образует цианамид:

Это соединение также имеет широкое применение. Прежде всего образование цианамида было одним из первых способов связывания азота воздуха: при действии водяного пара на цианамид его азот освобождается уже в форме аммиака. Медленно этот процесс идет и при внесении цианамида в почву: CaCN₂ + 3H₂O = CaCO₃ + 2NH₃. Это позволяет использовать цианамид непосредственно в качестве удобрения. Из цианамида можно получить и еще более ценное вещество — мочевину, которая используется в промышленности пластмасс, а также в качестве удобрения и белкового корма в животноводстве. Цианамид имеет и еще одно любопытное применение в сельском хозяйстве. Если обработать этим веществом поля хлопчатника, растения сбрасывают листья. Это позволяет убирать хлопок машинами.

Широко используется в промышленности известь. Она нужна при получении соды, хлорной извести, бертолетовой соли, ядохимикатов для борьбы с вредителями сельскохозяйственных растений.

Многие соли кальция присоединяют воду с образованием кристаллогидратов. Ярко выражено это свойство у хлорида кальция, который может присоединить шесть молекул воды. Поэтому хлорид кальция очень гигроскопичен, жадно поглощает влагу, содержащуюся в воздухе или органических растворителях, что позволяет использовать его в качестве осушителя. Важной областью применения этой соли является приготовление холодильных смесей. Раствор, содержащий 32,5 процента хлористого кальция, замерзает только при минус 51 градусе. Деревянные предметы, пропитанные этой солью, становятся несгораемыми. Хлористый кальций — важный медикамент.

Кальций входит в состав почти всех сортов стекла. Однако обычное стекло пропускает лишь более или менее ограниченный спектр лучей. Ультрафиолетовых лучей оно почти не пропускает. Кварцевое стекло лишено этого недостатка, но оно задерживает лучи инфракрасной части спектра. Замечательным материалом для оптических приборов являются прозрачные образцы минерала флюорита — фтористого кальция. Он пропускает как ультрафиолетовые, так и инфракрасные лучи.

Мы не случайно до сих пор ничего не сказали о металлическом кальции. Хотя прошло полтора века с того момента, как ученые впервые получили этот мягкий блестящий металл в чистом виде, но и сегодня он используется в основном в виде соединений. Получают металлический кальций электролизом безводного хлористого кальция. Он находит некоторое применение в металлургии. Благодаря своей высокой активности кальций при добавлении в расплавы металлов энергично соединяется с примесями, в том числе с газами, и тем самым улучшает качество металла.

Соединения стронция, бария и кальция применяются в пиротехнике: стронций придает пламени красный, барий — зеленый, кальций — красно-оранжевый цвет. Это же свойство можно использовать и для открытия этих элементов при химическом анализе.

Если добавить к раствору, содержащему серную кислоту или ее соли, хлористый барий, немедленно выпадает белый осадок нерастворимого сульфата бария, взвешиванием которого можно определить количество сульфат-ионов в исходном растворе.

Сульфат бария используется как белая краска, а также в рентгенотехнике и медицине в качестве контрастного вещества. При исследовании желудка, например, пациент принимает кашицу из сульфата бария. А поскольку барий частично поглощает рентгеновское излучение, стенки желудка становятся видимыми. Важно отметить, что эта соль безвредна для организма, в то время как растворимые соли бария чрезвычайно ядовиты (так, хлористый барий, например, применяют для борьбы с вредителями растений).

Полезным свойством бария является его способность образовывать, кроме нормального окисла BaO, еще и перекись BaO₂. В технике это соединение получают при нагревании окиси бария до 600 градусов в токе воздуха:

При действии воды на перекись бария выделяется перекись водорода:

При нагревании же выше 600 градусов перекись бария разлагается, отдавая кислород:

Сульфиды щелочноземельных элементов входят в состав фосфоресцирующих веществ. Соединения с серой, в которых на один атом металла приходится не один, а несколько атомов серы (полисульфиды), находят применение в кожевенной промышленности для удаления волос со шкур.

Мы с вами видели, что кальций является одним из самых важных элементов Земли. Изучение упавших на Землю метеоритов позволяет убедиться в том, что наша планета не исключение, что кальций есть и на других небесных телах. Анализ каменных метеоритов показал, что в них содержатся значительные количества кальция (в среднем 1,8 процента).

Кальций обнаруживает свое присутствие во вселенной и при спектральном изучении звездных миров. Атомы кальция есть в протуберанцах Солнца и на многих звездах. Они вместе с атомами других легких элементов заполняют межзвездное пространство. Это обстоятельство дало в руки астрономам средство для оценки расстояний до далеких звезд.

Всякое раскаленное тело дает спектр излучения, в котором выделяются яркие линии составляющих его элементов. Однако, если между источником излучения — звездой — и спектроскопом находится один из тех же элементов в «холодном» состоянии, он начинает поглощать свет как раз той длины волны, которую излучает в нагретом состоянии. На месте яркой полосы спектра излучения появляется темная полоса поглощения. Чем больше число «холодных» атомов элемента встречает световой поток, тем темнее полоса поглощения. Если предположить, что атомы кальция распределены в межзвездном пространстве в среднем равномерно, тогда линия поглощения будет тем темнее, чем больше расстояние от звезды до наблюдателя.

Так кальций сослужил еще раз хорошую службу науке.

Нет сомнения, что чем дальше, тем больше люди будут узнавать о кальции, являющемся, по словам А. Е. Ферсмана, «одним из самых энергичных и подвижных атомов мироздания». Наверняка, кальций еще не раз послужит и астрономии. Но, наверно — и астрономы в этом согласятся с нами, — самую большую и полезную службу он, как и раньше, будет служить нам в нашем доме. Недаром же кальций — элемент, благодаря которому человек прочно стоит на земле.