Рассказы о металлах

«Серебряная вода»

Исключение из правил. — Дальние родственники. — Молоток из ртути. — На удивление штангистам. — Почему Иван Грозный был грозным? — В роли свидетеля. — Хобби английского короля. — Трагедия на "Триумфе". — Законом запрещены. — Реноме восстановлено. — Рим покупает ртуть. — "Проделки" Чингисхана. — Надпись во дворце Ахеменидов. — Модное увлечение. — Монархи строят лаборатории. — Фокусы средневековых шарлатанов. — Возможны варианты. — Подпольные эксперименты. — Под горячую руку. — Изворотливый Меркурий. — Творение Монферрана. — Радость преждевременна. — Зеленая губная помада. — Что творится вблизи нуля? — Фердинанд II рекомендует спирт. — Трудные испытания. — Путевка в жизнь.

Более двухсот лет назад М.В. Ломоносов дал простое и ясное определение понятия "металл". Он писал: "Металлы — тела твердые, ковкие, блестящие". И действительно, железо, алюминий, медь, золото, серебро, свинец, олово и другие металлы, с которыми нам приходится сталкиваться, полностью соответствуют такой формулировке. Но ведь недаром говорят, что нет правил без исключений. В природе имеется приблизительно восемьдесят металлов, и только один из них при обычных условиях находится в жидком состоянии. Вы, разумеется, догадались, что речь идет о ртути.

На примере ртути и ее антипода вольфрама можно убедиться в том, как широк диапазон свойств металлов. Если вольфрам плавится при 3410 °C (для сравнения укажем, что температура пламени в рабочем пространстве мартеновской печи даже в фокусе горения не превышает 2000 °C), то ртуть при лютом морозе продолжает оставаться жидкой, затвердевая лишь при —38,9 °C. Как видите, хотя ртуть и вольфрам принадлежат к одной большой семье металлов, иначе как дальними родственниками их не назовешь.

Впервые ртуть была заморожена в 1759 году. В твердом состоянии она представляет собой серебристо-синеватый металл, напоминающий по внешнему виду свинец. Если ртуть налить в форму, имеющую очертания молотка, а затем быстро охладить до затвердевания, например, жидким воздухом, то ртутным молотком можно с успехом забить гвоздь в доску, но при этом нужно торопиться, поскольку такой инструмент весьма недолговечен и может растаять на глазах.

Ртуть — самая тяжелая из всех известных жидкостей: ее плотность 13,6 грамма на кубический сантиметр. Это значит, что литровая бутылка ртути весит больше, чем ведро с водой. Если бы какому-нибудь штангисту пришлось опустить свою стальную штангу не на помост, а в резервуар с ртутью, то этот тяжелейший снаряд не утонул бы в ней, а остался бы покачиваться на поверхности жидкого металла, как пробка в воде: ведь железо значительно легче ртути.

Человек знаком со ртутью с доисторических времен. Она упоминается в трудах Аристотеля, Теофраста, Плиния Старшего, Витрувия и других древних ученых. Латинское название этого металла "гидраргирум", которое дал ртути греческий врач Диоскорид, живший в I веке н. э., означает в переводе "серебряная вода". В том, что именно врач имел в те времена дело со ртутью, нет ничего удивительного: еще в древности были хорошо известны ее лекарственные свойства. Правда, порой применение ртути в лечебных целях носило весьма оригинальный характер. В литературе описаны, например, случаи, когда при завороте кишок больному вливали в желудок некоторое количество ртути (200–250 граммов). По мнению древних эскулапов, предлагавших такой способ лечения, ртуть благодаря своей тяжести и подвижности должна была пропутешествовать по хитросплетениям кишок и расправить своей тяжестью их перекрутившиеся части. Можно представить, к каким результатам приводили подобные эксперименты.

В наши дни заворот кишок устраняют другими, более надежными способами, но различные соединения ртути и сейчас широко применяют в медицине: так, сулема обладает дезинфицирующими свойствами; каломель служит слабительным; меркузал используют как мочегонное средство; некоторые ртутные мази употребляют при кожных и других заболеваниях.

Однако ртуть может оказывать на организм не только целительное, но и губительное воздействие: многие соединения и пары этого элемента вызывают порой острое отравление либо постепенно разрушают здоровье и психику человека. Медики установили, что ртутная интоксикация обычно приводит к неоправданным вспышкам гнева. Это дало повод историкам выдвинуть следующую гипотезу: поскольку царь Иван Грозный, мучившийся болями в суставах, долгое время пользовался ртутными мазями, именно они-то и были' причиной его необузданной вспыльчивости, частых гневных приступов, в один из которых царь убил своего сына. Симптомы ртутного отравления проявлялись и в других особенностях самодержца — постоянных галлюцинациях, мнительности, не покидавшем его ощущении близкой беды. Паталогоанатомическое исследование царских останков подтвердило правомерность такой точки зрения: в костях оказалось повышенное содержание ртути.

Ртуть сыграла роковую роль в судьбе и других европейских монархов. В XVI веке Швецией правил король Эрих XIV. В 1568 году он был свергнут с престола своим братом Иоанном III, стремившимся захватить власть любой ценой. В некоторых исторических документах, дошедших до наших дней, содержатся намеки на то, что Эрих XIV был отравлен. Шведские ученые решили проверить, так ли это. Но каким образом воссоздать картину событий, происшедших более четырех столетий назад? Благодаря современным методам анализа, основанным на достижениях ядерной физики, невозможное стало возможным. Поскольку останки короля сохранились, его волосы подвергли тщательному исследованию. И что же выяснилось? Содержание ртути в волосах значительно превышало норму и, таким образом, версия об отравлении Эриха XIV получила убедительное научное подтверждение.

Как установили историки, изучавшие архивы XVII века, ртутное отравление было причиной смерти и английского короля Карла II из династии Стюартов. Правда, в этом случае виноват был сам пострадавший. Увлекшись алхимическими идеями, король оборудовал при дворе лабораторию, где проводил все свободное от государственных дел и охоты время, прокаливая и перегоняя ртуть, пользовавшуюся у алхимиков большой популярностью. Ученым удалось найти документы, в которых описывались симптомы болезни Карла II: раздражительность, судороги, хроническая уремия. Эти недуги вызываются длительным воздействием ртутных паров. Спасти короля не удалось, хотя придворные исцелители перепробовали все самые надежные средства тогдашней медицины: кровопускание, хинин и даже прикладывание к голове горячих утюгов.

Известен и такой факт: в 1810 году на английском корабле "Триумф" более двухсот человек отравились ртутью, вылившейся из бочки.

Не удивительно, что в СССР и многих других странах некоторые производства, связанные с применением ртути и ее соединений, например изготовление ртутных красок, категорически запрещены законом. В тех случаях, когда без ртути не обойтись, проводят различные профилактические мероприятия, которые предохраняют здоровье рабочих от ее вредного воздействия.

Природа не богата ртутью. Иногда она встречается в самородном состоянии — в виде мельчайших капелек. Основной ртутный минерал — киноварь. Это красивый камень, словно покрытый алыми пятнами крови. С киноварью связан любопытный эпизод. Вы уже знаете, что в последнее время геологи проводят эксперименты по использованию собак для поисков полезных ископаемых. Когда группа овчарок прошла курс обучения, им устроили нечто вроде экзамена: среди многих образцов они должны были найти киноварь. Собаки быстро обнаруживали этот минерал, но не успокаивались на достигнутом: все они, словно сговорившись, принимали за киноварь еще и розовый кальцит. Геологи сначала снисходительно посмеивались, но затем решили выяснить причину этой общей ошибки экзаменующихся. И что же оказалось? Внутри розового кальцита находились вкрапления киновари — реноме четвероногих "геологов" было восстановлено.

Крупнейшее в мире ртутное месторождение Альмаден находится в Испании, на долю которой до недавнего времени приходилось около 80 % мировой добычи ртути. Плиний Старший упоминает в своих сочинениях, что Рим закупал в Испании ежегодно несколько тонн ртути.

Одно из старейших в нашей стране ртутных месторождений — Никитовское — находится в Донбассе. Здесь на различной глубине (до 20 метров) обнаружены древние горные выработки, в которых можно было найти и орудия труда — каменные молотки.

Еще более древний рудник Хайдаркан ("Великий рудник") расположен в Ферганской долине (Киргизия), где также сохранились многочисленные следы древних работ: крупные выработки, металлические клинья, светильники, глиняные реторты для обжига киновари, большие отвалы образующихся при этом огарков. Археологические раскопки показывают, что в Ферганской долине ртуть добывали на протяжении многих столетий и лишь в XIII–XIV веках, после того, как Чингисхан и его преемники уничтожили здесь ремесленно-торговые центры, а население перешло на кочевой образ жизни, добыча руды в Фергане была прекращена.

В Средней Азии разрабатывались и другие месторождения ртути. Так, например, надписи во дворце древнеперсидских царей Ахеменидов (VI–IV века до н. э.) в Сузах говорят о том, что киноварь, которую в те времена использовали главным образом как краситель, доставляли сюда с Зеравшанских гор, расположенных на территории современных республик Таджикистана и Узбекистана. По-видимому, ртуть добывали здесь еще в середине первого тысячелетия до н. э.

Тяжелым и вредным был раньше труд горняков. У Киплинга есть такие строки: "Я худшую смерть предпочту работе на ртутных рудниках, где крошатся зубы во рту…". До сих пор в лабиринтах горных выработок, где в древности добывали ртуть, можно встретить множество скелетов. Дорогой ценой — тысячами жизней — приходилось расплачиваться с горами за красный камень, будто обагренный кровью тех, кто пытался проникнуть к ртутным сокровищам.

Значительно возросла добыча ртути в средние века — в период повсеместного увлечения алхимией. Интерес, который проявляли к ртути алхимики, объяснялся тем, что, по одной из их теорий, ртуть, сера и соль были возведены в ранг "первородных элементов". Ртути приписывалось "материнское начало": "…с помощью теплоты лед растворяется в воду, значит, он из воды; металлы растворяются в ртути, значит, ртуть — первичный материал этих металлов".

Итак, алхимикам, вооруженным столь солидной научной теорией, оставалось лишь найти "философский камень" (при помощи которого можно было бы превращать ртуть в золото) и, засучив рукава, приниматься за работу. Но вот беда: поиски "философского камня" затянулись несмотря на то, что в их удачном исходе были заинтересованы такие влиятельные особы, как английский король Генрих VI, император Священной Римской империи Рудольф II и другие европейские монархи, создававшие у себя при дворе крупные алхимические лаборатории.

Правда, кое-какие плоды эти исследования все же принесли: придворный алхимик Генриха VI обнаружил, что натертая ртутью медь приобретает серебристый оттенок, и король оперативно внедрил это открытие в жизнь: он выпустил под видом серебряных большую партию медных монет, покрытых ртутью, прикарманив при этом солидную сумму.

Время от времени в разных странах появлялись лица, якобы овладевшие тайной "философского камня". Иногда это были заблуждавшиеся ученые, а чаще — шарлатаны, знавшие немало способов "получения" искусственного золота. Один из них заключался в следующем. На глазах присутствующих алхимик помешивал в тигле расплавленный свинец или ртуть деревянной палочкой, в которую были предварительно спрятаны кусочки золота. Частично это золото растворялось в расплавленном металле. После "эксперимента" в тигле, естественно, можно было обнаружить следы золота, которое свидетельствовало, а точнее лжесвидетельствовало, о чудесном превращении. Однако слухи об этих кудесниках рано или поздно доходили до правителя страны, и тогда им приходилось либо признаваться в обмане, либо организовывать при дворе массовое производство золота, а уж тут деревянная палочка была плохим помощником.

Уличенного во лжи алхимика обычно казнили так же, как фальшивомонетчиков, — на позолоченной виселице, в одежде, усыпанной блестками. Впрочем, были и другие варианты казни. В 1575 году, например, герцог Люксембургский сжег заживо в железной клетке женщину-алхимика Марию Зиглерин за отказ сообщить ему состав "философского камня", который она по вполне понятным причинам не знала, хотя и утверждала на свою беду обратное.

Спустя некоторое время алхимия была предана проклятию католической церковью и официально запрещена в Англии, Франции и других странах. Но подпольные алхимические эксперименты не прекращались, продолжались и казни. Под горячую руку попал французский химик Жан Барилло, который был казнен только за то, что изучал в своей лаборатории химические свойства элементов. Его опыты показались подозрительными, и судьба ученого была тотчас же решена.

В дошедших до наших дней алхимических рецептах ртуть часто называют Меркурием. Это название было дано металлу еще в Древнем Риме за способность капелек ртути быстро бегать по гладкой поверхности, чем она, по мнению римлян, напоминала хитрого, ловкого и изворотливого бога Меркурия — покровителя торговли. Кстати, и другие элементы в алхимической литературе были зашифрованы: золото обозначалось символом Солнца, железо — Марса, медь — Венеры и т. д. Таким образом алхимики скрывали свои знания от посторонних, которые не были знакомы с их символикой.

Способность ртути растворять многие металлы, образуя так называемые амальгамы, была замечена еще до нашей эры. Амальгамы помогли английскому ученому Гемфри Дэви впервые в истории выделить в свободном виде барий, стронций, магний: он сначала получал амальгамы этих элементов, а затем уже отделял их от ртути.

Амальгамы использовали для покрытия медных церковных куполов тончайшим слоем золота. Таким способом был позолочен, например, купол великолепного Исаакиевского собора, созданного в 1818–1858 годах в Петербурге по проекту Огюста Монферрана.

Более 100 килограммов червонного золота было нанесено амальгамацией на медные листы, из которых выполнен гигантский, диаметром около 26 метров, купол этого собора. Поверхность медных листов тщательно очищали от жира, шлифовали и полировали, а затем покрывали амальгамой — раствором золота в ртути. После этого листы нагревали на специальных жаровнях до тех пор, пока ртуть не испарялась, а на листе при этом оставалась тонкая (в несколько микрон) пленка золота. Но легкий синевато-зеленый дымок паров ртути, который, казалось, бесследно исчезал, успевал отравить рабочих, занимавшихся позолотой. И хотя по правилам тогдашней техники безопасности позолотчики пользовались стеклянными колпаками, эта "спецодежда" не могла спасти от отравления. Люди погибали в страшных муках. По свидетельству современников, золочение купола стоило жизни десяткам рабочих.

С амальгамами связаны не только печальные факты, но и забавные истории. Рассказывают, будто бы в начале нашего века один исследователь пытался получить золото из ртути, воздействуя на ее пары мощными электрическими разрядами. Много времени и труда потратил он, и вот, наконец, пришел успех: в ртути появились первые следы золота. Радость экспериментатора не знала границ. Каково же было разочарование, когда выяснилось, что золото попало в ртуть с… золотой оправы его собственных очков. Поправляя время от времени очки руками, на которых были мельчайшие капельки ртути, ученый переносил золото в виде амальгамы в исследуемую ртуть.

Амальгамы и сейчас применяют в ряде случаев для золочения металлических изделий (разумеется, при этом дело обходится без жертв), в производстве зеркал, в зубоврачебном деле, в лабораторной практике. Из ртутной соли гремучей кислоты (гремучей ртути). изготовляют взрывчатые вещества.

Широко применяют в технике ртуть и в чистом виде. В химической промышленности, например, она участвует в производстве хлора, едкого натра, синтетической уксусной кислоты. Весьма надежны и долговечны ртутные вентили, служащие для выпрямления переменного тока. В автоматической и измерительной аппаратуре используют ртутные выключатели, которые обеспечивают мгновенное замыкание и размыкание электрической цепи. Ртутно-кварцевые лампы позволяют получить интенсивное ультрафиолетовое излучение. В медицине эти лампы служат для обезвреживания воздуха в операционных залах, для облучения организма человека в лечебных целях.

Разреженными парами ртути с добавкой аргона наполнены стеклянные трубки люминесцентных ламп. Еще до войны была предпринята попытка использовать ртутные лампы для освещения улицы Горького в Москве. Но вскоре от этих ламп пришлось отказаться, так как излучаемый ими мертвенно-бледный свет придавал лицам людей малопривлекательный землистый оттенок, а губная помада, например, из красной превращалась в зеленую. В дальнейшем удалось разработать специальные составы — люминофоры, которые, будучи нанесенными на внутреннюю поверхность ламп, позволяют получать свет различной окраски, в частности белый свет, очень близкий к дневному.

Ртуть оказалась причастной к одному из важнейших научных открытий нашего столетия — открытию явления сверхпроводимости. В 1911 году голландский физик и химик Хейке Камерлинг-Оннес, изучая свойства различных веществ при низких температурах, обнаружил, что вблизи абсолютного нуля, точнее при 4,1 К, ртуть полностью перестает оказывать сопротивление электрическому току. Спустя два года ученый был удостоен Нобелевской премии.

Столь же высоко были отмечены в 1922 году научные заслуги чешского химика Ярослава Гейровского, открывшего полярографический метод химического анализа, в котором ртуть играет далеко не последнюю роль.

Ртуть — главное действующее лицо во многих физических приборах — манометрах, барометрах, вакуумных насосах. Но, пожалуй, наиболее распространенные ртутные приборы — это термометры.

В XVII веке, когда были созданы первые приборы для измерения температуры, рабочей жидкостью в них служила вода, но на холоде она замерзала, стекло разлеталось вдребезги и термометры выходили из строя. Тосканский герцог Фердинанд II, по-видимому достаточно хорошо знакомый с винным спиртом, предложил использовать его вместо воды — термометры стали более надежными, но, поскольку качество спирта не всегда было одинаковым, в показаниях приборов наблюдались заметные расхождения. Первым, кто начал измерять температуру при помощи ртути, был французский физик Амонтон. Спустя несколько лет, в 1724 году, немецкий физик Фаренгейт создал свой ртутный термометр со шкалой, которая до сих пор используется в Англии и США.

В наше время ртутные термометры имеют самое разнообразное назначение. От этого зависит конструкция термометра, в частности толщина капилляра, по которому перемещается ртуть. Самый тонкий капилляр у медицинского градусника — всего 0,04 миллиметра. Чтобы этот тончайший столбик ртути можно было заметить невооруженным глазом, капилляр делают в форме трехгранной увеличительной призмы, а на ею заднюю стенку наносят "экран" — полоску белой эмали.

Поскольку ртуть не должна опускаться, пока ее не стряхнешь, нужно в каком-то месте канал сузить, но и без того узкий трехгранник сужать уже нельзя. Поэтому к нему снизу припаивают маленькую цилиндрическую трубку и в ней делают пережим.

Применяемая для термометров ртуть должна отличаться особой чистотой: ведь малейшие примеси могут существенно исказить показания. Вот почему ртуть подвергают специальной обработке, промывают, дистиллируют и только после этого заполняют его стеклянные капилляры.

Кстати, несмотря на хрупкость стекла, оно пока является незаменимым в этом случае материалом. Использовать вместо него, допустим, прозрачную пластмассу нельзя: она, как решето, пропускает губительный для ртути кислород.

Заполнение капилляра ртутью — очень ответственная операция: в трубку не должен попадать воздух. Раньше, когда этот процесс выполняли вручную, мастерам приходилось по нескольку недель нагревать поочередно то один, то другой конец заполненной ртутью стеклянной трубочки, изгоняя оттуда воздушные пузырьки. Сейчас с этим делом быстро и успешно справляются машины.

Прежде чем попасть к месту своей будущей работы, термометры проходят еще много испытаний и проверок. Увы, некоторых из них ждет печальный приговор: "Брак". Жизненный путь этого неудачника тут же заканчивается в корзине для отходов. Но зато можно не сомневаться в точности тех термометров, которые выдержали все экзамены и получили своего рода аттестат зрелости — заводское клеймо. Беспристрастная капелька ртути, заключенная в стеклянный капилляр, будет верно служить науке, промышленности, сельскому хозяйству, медицине.

За свою многовековую историю производство ртути прошло длинный путь. Когда-то ртутную руду обжигали в глиняных горшках, а испаряющаяся при этом ртуть конденсировалась на листьях свежесрубленных деревьев, устанавливаемых около горшочков в кирпичных камерах. Сейчас на заводах действуют автоматические агрегаты для непрерывного получения ртути. Рабочему достаточно нажать кнопку дистанционного управления, и тонны ртутного концентрата заполнят бункер огромной электрической печи. В ней при температуре в сотни градусов ртуть начинает испаряться из концентрата. Пары затем охлаждают, и образовавшаяся ртуть поступает в специальный резервуар.

В дальнейшем металл подвергают окончательной очистке и заливают в стальные баллоны, вмещающие по 35 килограммов. Особо чистую (рафинированную) ртуть высшего качества разливают в фарфоровые стаканы — по 5 килограммов в каждый. В таком виде, она поступает на склад готовой продукции.

Здесь "серебряная вода" получает путевку в жизнь.