Рассказы о металлах

За тремя замками

Находка конкистадоров. — Указ испанского короля. — Снова в Европе. — Близкие родственники. — Первый в России. — "Алмазная" сталь. — Штурм крепости. — Оплошность министра финансов. — На добрую память. — Клад в отходах. — Лауреат Демидовской премии. — В грамм добыча. — Радушный прием. — Искры гаснут на ветру? — С большой скоростью. — Это было в Донбассе. — В грозный год. — Прозрачные зеркала. — Дар Монтесумы. — Измерьте температуру. — Три ключа. — Равнение на платину. — "Для всех времен, для всех народов". — Оранжевые лучи. — Платина ставит диагноз. — Не чувствуя боли. — Скромный пляжный костюм. — Высокая честь.

В XVI и XVII веках испанские конкистадоры бесцеремонно расхищали богатства древних государств ацтеков и инков. Тонны золота, серебра, изумрудов заполняли трюмы галеонов, которые постоянно курсировали между Америкой и Испанией. Однажды завоеватели, передвигаясь вдоль реки Платино-дель-Пинто (Колумбия), обнаружили на ее берегах золото и крупицы неизвестного им тяжелого серебристого металла. Из-за высокой тугоплавкости он оказался ни на что не пригодным и лишь затруднял очистку золота. Новый металл испанцы решили назвать платиной, что означает "серебрецо" ("серебришко", "плохое серебро"), выразив тем самым свое недоброе к нему отношение.

Все же довольно большие количества платины были вывезены в Испанию, где ее продавали по цене, значительно более низкой, чем серебро. Вскоре испанские ювелиры обнаружили, что платина хорошо сплавляется с золотом, и те из них, кто был не чист на руку, стали примешивать ее к золоту при изготовлении ювелирных изделий и фальшивых монет. Об этих "проделках" ювелиров стало известно королю, и тот не нашел ничего лучшего, как издать указ, требующий прекратить ввоз в страну никчемного металла, а заодно и уничтожить все его запасы, чтобы мошенники-ювелиры не могли больше морочить голову честным людям.

Чиновники королевских монетных дворов собрали всю имевшуюся в Испании и ее колониях платину, получившую к этому времени такие нелестные прозвища, как "гнилое золото", "лягушачье золото", и публично предали этот металл "казни" по причине его "лживой сущности": собранную платину утопили в море и реках — там, где поглубже. В дальнейшем такую операцию повторяли еще не раз. Столь печально завершился первый этап в биографии платины.

В середине XVIII века в Испании вышел в свет двухтомный труд мореплавателя, астронома и математика Антонио де Ульоа "Путешествие по Южной Америке". Находясь там в экспедиции, ученый заинтересовался самородной платиной, привез ее в Европу и подробно описал в своей книге, после чего опальный металл привлек к себе внимание многих европейских ученых.

Обстоятельное изучение платины провел шведский химик Хенрик Шеффер, который доказал, что она является не смесью уже известных металлов (например, золота и железа), как утверждали некоторые ученые, а новым химическим элементом.

Исследование платины привело к открытию нескольких металлов, сопутствующих ей в природе и получивших общее название платиновых: в 1803 году были открыты палладий и родий, в 1804 году — осмий и иридий, а спустя сорок лет химикам стал известен и последний элемент этой группы — рутений.

Работам в этой области в немалой степени способствовал тот факт, что в 1819 году на Урале вблизи Екатеринбурга (ныне Свердловск) геологи обнаружили россыпные месторождения платины. Спустя пять лет в этих краях начал действовать первый в России платиновый рудник. О богатстве уральских россыпей говорит забавный факт: в те времена местные охотники били дичь дробью из платины.

Примерно тогда же этот металл начали использовать как добавку к стали. "6 фунтов стали расплавлены были с 8 золотниками очищенной платины в огнепостоянном глиняном горшке, охраняя металл от доступа воздуха, — писал в 1825 году "Горный журнал". — Расплавленная масса была вылита в чугунную форму и скоро охлаждена в холодной воде. По разломе стального бруска сталь оказалась весьма однородной сыпи и столь мелкой, что простыми глазами невозможно было усмотреть зернистого ее сложения. Будучи выточена и закалена, без отпуска, она резала стекло, как алмаз, рубила чугун и железо, не притупляясь… Вообще платинистая сталь гораздо тверже всех доселе известных и выдерживает наибольшие удары, не ломаясь". За необыкновенно высокую твердость такая сталь получила название "алмазной". В этой роли платина выступала довольно долго, но затем вынуждена была уступить свое место менее дорогому и к тому же еще более способному вольфраму.

Важную страницу в биографию платины вписал известный русский инженер и ученый П.Г. Соболевский. Возглавив петербургскую Соединенную лабораторию Департамента горных и соляных дел, Горного кадетского корпуса и Главной горной аптеки, он вместе со своим сотрудником металлургом В.В. Любарским приступил к исследованию сырой платины и разработке технологии превращения ее в ковкий металл. Вся загвоздка заключалась в том, что ни одна из существовавших тогда печей не могла нагреть платину до точки ее плавления, равной 1769 °C, или хотя бы до близкой к ней температуры. А это являлось необходимым условием, без которого платина не соглашалась принимать ту или иную нужную форму. Да, было над чем поломать голову.

Если крепостью не удается овладеть штурмом, приходится искать другие пути. Так и поступили исследователи. Они заполнили губчатой платиной (такой пористый металл получался при химической обработке руд) специально изготовленные железные формы, спрессовали ее на винтовом прессе, нагрели до белого каления, затем вновь подвергли большому давлению. И металл сдался: минуя плавление, губчатая платина превратилась в монолитные изделия, которые нельзя было отличить от литых. Так в 1826 году впервые в истории техники был создан и применен на практике оригинальный технологический процесс, сохранивший свое значение и по сей день: он лежит в основе современных методов порошковой металлургии.

Заслуги Соболевского были отмечены министром финансов Е.Ф. Канкриным. Он предложил ежегодно выдавать ученому "в примерное вознаграждение" по 2500 рублей сверх жалованья, "доколе на службе пребывает". Царь утвердил предложение министра.

Тогда же Соболевскому было поручено приступить к чеканке 3-, 6- и 12-рублевых платиновых монет. Уже вскоре петербургский Монетный двор начал полным ходом выпускать такие деньги. За сравнительно короткий срок было выпущено почти полтора миллиона платиновых монет, на которые пошло около 15 тонн платины. Однако цена на этот металл росла, как говорится, не по дням, а по часам, и правительство поняло, что совершило ошибку: платиновые деньги становились все дороже и дороже, в результате чего их истинная стоимость значительно превысила нарицательную и уже вскоре они фактически вышли из обращения. Этому, с одной стороны, способствовали меры, принятые министерством финансов с целью возвращения платины в казну, а с другой стороны, инициатива частных лиц, которые предпочитали расплачиваться другими деньгами, оставляй платиновые себе "на добрую память". Сейчас эти монеты — большая редкость: их можно увидеть лишь в очень немногих крупных нумизматических коллекциях.

Выпуск платиновых монет неожиданно оказал пользу науке. В лаборатории Монетного двора скопилось довольно много остатков платиновых руд — отходов от производства монет. В 1841 году профессор химии Казанского университета Карл Карлович Клаус попросил Монетный двор прислать ему для исследования несколько фунтов этих остатков. Просьба была удовлетворена, и ученый приступил к анализу, казалось бы, ни на что не пригодных отходов. К своему удивлению он обнаружил в них до 10 % платины и небольшие количества осмия, иридия, палладия и родия.

Никого до этого не волновавшие остатки сразу превратились по сути дела в богатейший клад. Клаус немедленно сообщил о полученных результатах в Горное управление. Спустя некоторое время ученый приехал в Петербург, где его принял граф Канкрин. Тот внимательно отнесся к сообщению химика и оказал ему содействие в получении платиновых остатков для дальнейших исследований.

Упорный труд Клауса увенчался успехом: ему удалось доказать, что среди прочих, уже известных элементов платиновые остатки содержат новый металл, которому ученый в честь нашей страны дал имя "рутений" (от латинского названия России). За это открытие Клаус получил полную Демидовскую премию, присуждавшуюся российской Академией наук.

Добыча платины на Урале быстро росла. Показательно, что еще в начале XX века на долю России приходилось около 95 % от общего количества платины, добываемой в мире (остальные 5 % производила Колумбия). В дальнейшем на мировой рынок начала поступать платина из Южной Африки, Канады.

Характерно, что если ежегодное мировое производство золота давно перевалило за тысячу тонн, то добыча платины и сейчас исчисляется лишь десятками тонн. В этом нет ничего удивительного: слова поэта "в грамм добыча, в год труды" могут быть с полным правом отнесены к платине. Действительно, чтобы получить грамм этого металла, приходится порой перерабатывать сотни кубометров руды — целый железнодорожный вагон. Это объясняется чрезвычайной бедностью платиновых руд и отсутствием крупных месторождений платины. В самородном же состоянии она встречается крайне редко. Самый большой из когда-либо найденных самородков платины весил менее 10 килограммов.

Практическое применение этот металл стал находить еще в начале прошлого века, когда кому-то пришла в голову удачная мысль изготовить из него реторты для хранения концентрированной серной кислоты. С тех пор исключительно высокая стойкость платины по отношению к кислотам обеспечивает ей радушный прием в химических лабораториях, где она служит материалом для тиглей, чашей, сеток, трубок и других лабораторных атрибутов. Большое количество платины расходуется также на изготовление кислото- и жароупорной аппаратуры химических заводов.

Несмотря на то что платиновый винт, которым перемешивают стекломассу на знаменитых стекловаренных заводах Чехословакии, стоит три четверти миллиона крон, а платиновый тигель, где происходит этот процесс, — вдвое больше, игра стоит свеч: такое оборудование считается самым современным, позволяющим получать высококачественные стекла для микроскопов, биноклей и других оптических приборов.

Химики нашли платине еще одно важное применение: она оказалась активнейшим катализатором для многих химических процессов. Эта способность платины позволила венгерским изобретателям создать недавно зажигалку нового типа: в ней нет ни традиционного зубчатого колесика; ни кремня. Стоит снять колпачок — тотчас же появляется пламя: выходящий из зажигалки газ вспыхивает от соприкосновения с воздухом. Но эта реакция протекает лишь в присутствии катализатора. Им служит платиновое колечко, через которое вытекает газ. Такой зажигалке не страшен ветер. Более того, чем он сильнее, тем энергичнее идет реакция, тем длиннее язычок пламени. Как только кольцо закрывается колпачком, пламя гаснет.

В качестве катализатора платина совершенно необходима для окисления аммиака при производстве азотной кислоты. Смесь аммиака и воздуха с большой скоростью продувают через тончайшую платиновую сетку (имеющую до пяти тысяч отверстий на каждый квадратный сантиметр), при этом образуются оксиды азота и водяные пары. При растворении оксида азота в воде и получается азотная кислота.

В практику заводского производства азотной кислоты платина вошла благодаря работам пионера отечественной азотнокислотной промышленности И.И. Андреева, в течение долгого времени изучавшего влияние различных катализаторов на окисление аммиака. Произошло это в годы первой мировой войны, когда потребность в азотной кислоте, необходимой для получения взрывчатых веществ, резко возросла. Еще бы: ведь на каждый килограмм взрывчатки расходовалось более двух килограммов азотной кислоты. К концу 1916 года месячная потребность русской армии во взрывчатых веществах составляла около 6400 тонн. Естественное сырье для получения азотной кислоты имелось лишь в Чили, поэтому все участвовавшие в войне страны, испытывая острейший азотно-кислотный голод, лихорадочно искали пути его утоления.

Тогда-то Андреев и предложил использовать в качестве искомого сырья аммиак, содержащийся в отходах коксового производства. Проведенные им исследования убедили его в высоких каталитических способностях платины и в том, что в ее присутствии аммиак окисляется очень энергично. По предложению и проекту Андреева в Донбассе, где были сосредоточены коксохимические предприятия, а следовательно, имелось достаточно аммиака, начали строить завод для производства азотной кислоты. Летом 1917 года он уже дал свою первую продукцию — азотнокислотная проблема была успешно решена.

О громадном значении, которое к этому времени придавалось платине, можно судить по такому факту: в грозном для нашей страны 1918 году в России был организован специальный институт по изучению этого металла, вошедший позднее в состав Института общей и неорганической химии Академии наук СССР. Здесь и поныне ведется большая научно-исследовательская работа, связанная с химией и технологией элементов платиновой группы.

В платине сегодня нуждаются не только химики. Способность хорошо впаиваться в стекло делает ее важным материалом для изготовления многих стеклянных приборов.

Нанося тончайший слой этого металла на стекло, получают платиновые зеркала, обладающие любопытным свойством — так называемой односторонней прозрачностью: со стороны источника света зеркало непрозрачно и отражает находящиеся перед ним предметы, как и обычное зеркало. Но с теневой стороны оно прозрачно, как стекло, и, таким образом, вы можете видеть все, что находится по другую его сторону. Платиновые зеркала получили одно время широкое распространение в США. Их вставляли вместо стекол в окна нижних этажей различных контор и учреждений, а в жилых помещениях они с успехом заменяли занавеси.

Кстати,

первые платиновые зеркала, но не стеклянные, а "цельнометаллические", представлявшие собой хорошо обработанный и отполированный до блеска лист платины, изготовляли еще древние ацтеки. Как они это делали, — до сих пор загадка: ведь платина хорошо куется только при белом калении, т. е. при очень высокой температуре, недоступной металлургам того времени. Но, как бы то ни было, знаменитый вождь ацтеков Монтесума послал несколько таких зеркал в дар королю Испании. Монарх "не остался в долгу": в 1520 году Монтесума был взят в плен конкистадорами, а затем казнен.

Свойство губчатой платины поглощать большие объемы газа лежит в основе удивительного явления: водород или кислород, заключенные в герметически закрытый платиновый сосуд, при нагревании "вытекают" из него, поскольку молекулы газа проходят сквозь платиновые стенки сосуда, как вода сквозь сито.

Плодотворно трудится платина и в сфере измерения высоких температур. В технике довольно широко применяют платиновые термометры сопротивления. Принцип их действия основан на том, что при нагревании электрическое сопротивление платины возрастает по очень строгой и постоянной зависимости от температуры. Подключенная к прибору, регистрирующему изменение сопротивления, платиновая проволочка без промедления сигнализирует ему о самых незначительных колебаниях температуры.

Еще более распространены так называемые термопары — несложные, но очень чуткие термоизмерительные приборы. Если спаять две проволочки из разных металлов, а затем нагреть место спая, то в цепи появится электрический ток. Чем выше температура нагрева, тем большая электродвижущая сила возникает в цепи термопары. Для изготовления этих приборов часто используют платину и ее сплав с родием или иридием.

Вместе с иридием платина уже довольно продолжительное время выполняет ответственнейшее поручение общества. В Ленинграде на Московском проспекте есть внешне ничем не примечательное здание, у входа в которое висят черные таблички, где на двух языках — по-русски и по-французски — написано: "Государственные эталоны СССР". Это — один из корпусов Всесоюзного научно-исследовательского института метрологии имени Д.И. Менделеева. Здесь в сейфе за толстыми дверями хранится эталон килограмма, изготовленный еще в 1883 году из сплава платины (90 %) с иридием (10 %).

Войти в этот сейф, где поддерживают строго постоянную температуру и влажность, можно лишь в присутствии трех человек: директора института, ученого хранителя государственных эталонов и ученого хранителя данного эталона. Каждый из них имеет ключ только от одного из трех замков сейфа. Массивная дверь откроется лишь тогда, когда в замки вставлены все три ключа. Эталон, представляющий собой цилиндрик высотой и диаметром 39 миллиметров, покоится на подставке из горного хрусталя под двумя стеклянными колпаками.

Периодически на сверхчувствительных метрологических весах, реагирующих даже на дыхание человека, государственный эталон "экзаменует" вторичные эталоны. Чтобы избежать даже малейших толчков, вызванных движением на улице или работой каких-нибудь механизмов в самом здании, весы установлены на фундаменте глубиной 7 метров. Для сохранения в помещении постоянной температуры и влажности весами управляют дистанционно — из соседней комнаты.

За свое без малого столетнее существование государственный эталон килограмма, несмотря на тщательное хранение, все же изменил свою массу на 0,017 миллиграмма. Но это отклонение столь незначительно, что в апреле 1968 года платино-иридиевый цилиндрик вновь был утвержден Государственным эталоном килограмма СССР.

В том же самом сейфе в специальном футляре хранится и платино-иридиевый стержень, который еще недавно служил государственным эталоном метра. Эта линейная единица, равная одной сорокамиллионной части длины парижского меридиана, была установлена во Франции в 1791 году. Спустя восемь лет был изготовлен первичный эталон метра, который и сейчас находится в Париже, в Международном бюро мер и весов. На нем начертано: "Для всех времен, для всех народов". Метр действительно стал самой распространенной на нашей планете мерой длины. С 1889 года и до недавнего времени точная копия парижского эталона, выполненная даже из металла той же самой плавки, служила "главным метром" нашей страны.

Ученые постоянно ищут новые пути повышения точности эталонов, и в 1960 году платино-иридиевому стержню пришлось подать' в отставку. На смену ему пришел луч криптоновой лампы. Более двадцати лет эталоном метра служила длина, равная 1650763,73 длины волны оранжевого излучения криптона-86. Но как же пользоваться таким эталоном? Эти заботы легли на плечи специального интерференционного прибора, который определяет, укладывается ли длина волны необходимое число раз в сличаемой метровой мере. Но жизнь не стоит на месте, и в 1983 году международный съезд метрологов принял новое определение метра: отныне метром считается расстояние, которое проходит лазерный луч за 1299791458-ю долю секунды.

Существует еще один эталон — световой, также непосредственно связанный с платиной. В качестве его используют свечение, исходящее из полости трубки (материалом для нее служит плавленый оксид тория), погруженной в расплавленную платину. Измерения проводят во время затвердевания платины. Поскольку в это время температура ее не меняется, единица силы света (свеча, или кандела) воспроизводится с очень высокой степенью точности.

Платина завоевывает прочные позиции в медицине. Специальные электроды из этого металла, вводимые в кровеносные сосуды, служат хирургам многих стран для диагностики различных, главным образом сердечных заболеваний. Такой метод называется платино-водородным, так как в основе его лежит электрохимическая реакция между этими элементами. Интересное и важное применение нашли платине недавно американские врачи из штата Огайо. Они разработали принципиально новый метод анестезии, который заключается в следующем. Платиновой пластинкой длиной несколько сантиметров спинной мозг соединяют с электрическим стимулятором. При малейшем движении пациента аппарат посылает электрический сигнал в мозг, блокируя таким образом болевые ощущения

В большом почете платина у зубных техников, которых привлекает ее неокисляемость — важнейшее свойство материала для протезов. Однако в чистом виде платина слишком мягка, чтобы успешно выполнять эту роль, зато ее сплавы, обладающие и высокой прочностью, успешно служат в качестве зубных коронок и искусственных зубов. Сначала для повышения твердости к платине добавляли серебро и никель, затем для этой цели стали использовать золото и платиновые металлы. В союзе с ними коррозионностойкая платина обретает к тому же необычайную износостойкость — любой орешек ей становится по зубам. Немалая часть добываемой в мире платины поступает сегодня в руки ювелиров, которые начали проявлять к ней особенный интерес после того, как цены на этот металл в несколько раз превысили цены на золото. Уже перед первой мировой войной вошли в моду платиновые кольца, броши, серьги, брелки и другие украшения. Порой этому ценнейшему металлу приходится по прихоти толстосумов играть малоприятную роль — из него изготовляют цепочки для любимых болонок или клетки для ученых попугаев. А несколько лет назад в Лондоне демонстрировалась новинка купального сезона — пляжный костюм типа "мини-бикини". Этот скромный наряд стоил "всего" 50 тысяч долларов, — поскольку в ткань были вплетены платиновые нити и, кроме того, из платины были выполнены различные украшения, скромно, но со вкусом дополняющие модель. По вполне понятным причинам во время показа костюма манекенщицу сопровождал вооруженный охранник. Но если в зале хватило одного стража, то на пляже понадобится целый взвод телохранителей. Впрочем, это уже мелочи.

Наряду с чистой платиной ювелиры используют и ее сплавы с другими металлами, которые вводятся либо для повышения твердости, либо чтобы сделать украшения дешевле в расчете на покупателей, не обладающих большим достатком, но не желающих тем не менее отставать от моды.

В СССР платине оказана большая честь: из нее сделано рельефное изображение В.И. Ленина на высшем ордене нашей страны. В канун Игр XXII Олимпиады, проходивших в 1980 году в Москве, были выпущены в обращение советские олимпийские монеты. Самые дорогие из них — достоинством в 150 рублей — изготовлены из платины.