Поиски возможных соперников

Рассказывают, на спортивном празднике в Ташкенте лет пятнадцать‑двадцать назад был такой случай.

Шли соревнования по метанию диска. Чемпионы республики, мастера спорта, напрягая все силы, помноженные на высочайшую технику, старались забросить диск как можно дальше. Каждый десяток сантиметров был большим достижением, а лишние полметра стадион приветствовал грохотом восторженных рукоплесканий.

И тогда с трибун сошел широкоплечий парень, одетый в костюм чабана. Ничто не выявляло в нем спортсмена. Он сбросил халат и остался в яркой шелковой рубахе.

– Дайте я попробую, – попросил он диск у судейского столика.

Вероятно, смеха ради, диск ему дали. Он взял его очень неумело – явно первый раз в жизни. Потом приспособился, взмахнул рукой, и спортивный снаряд со свистом взлетел в прозрачную голубизну неба. Затаив дыхание, следил за его полетом стадион. Словно одной грудью ахнул он, когда диск упал дальше самых дальних отметок соревнования.

Говорят, из паренька получился мастер спорта, который многократно защищал потом честь страны на международных соревнованиях.

А тогда это был неожиданный соперник, которого не могли принять во внимание самые изощренные знатоки спорта.

Ну, а мы, рассматривая претендентов на звание крылатого металла, не проглядели возможного победителя в этом соревновании? Какие еще металлы могут претендовать на это место?

Они все сосредоточены в левой части периодической системы элементов.

К литию снизу примыкает клетка, в которой прописан щелочной металл натрий. Он был впервые получен электролизом английским химиком Г. Дэви в 1807 году.

Натрия очень много в земной коре – около 2,64 процента по весу. Огромные количества его растворены в морской воде. Обыкновенная поваренная соль – это соединение натрия и хлора. Значит, это не редкий металл и в случае нужды можно организовать его добычу в любых практически мыслимых масштабах.

Натрий – очень мягкий и легкоплавкий металл. Его можно резать ножом, как сыр, а на крышке кипящего чайника он уже плавится – для этого надо температуру в 98 градусов. При 883 градусах он кипит – над ним вздымаются пурпурно‑красные облака пара.

Это уже очень неподходящие свойства для крылатого металла. Ведь он должен уметь выдерживать и значительные напряжения, причем не только статические, а внезапные удары и жестокую вибрацию. И, конечно, он должен быть более стойким к температурным воздействиям. Нельзя, чтобы металл самолета плавился от случайно упавшего на него окурка!

Удельный вес натрия очень невысок – всего 0,97 г на куб. см. Натрий плавает в воде. Это очень важное для крылатого металла свойство.

Может быть, возьмут хоть пассажиром?

Натрий чрезвычайно химически активный элемент. На воздухе он стремительно окисляется, поэтому его хранят только под слоем керосина. Он энергично взаимодействует и с водой. Непосредственно соединяется с серой, йодом, хлором…

Нет, трудно ожидать от этого металла, который только и думает, кажется, о том, как бы ему соединиться с каким‑нибудь другим элементом, что из него будут строить крылья будущих ионолетов.

Хотя все бывает! Может быть, завтра найдут легирующую добавку, которая придаст натрию и жаропрочность и химическую стойкость. Может быть, новый вид термообработки позволит улучшить его конструкционные свойства. А пока он работает в меру своих возможностей.

Натрия добывают на земном шаре в год около 50 тысяч тонн. Этот металл идет в металлургию – как энергичный восстановитель для производства таких, например, металлов, как цирконий. Использует его и химическая промышленность. В частности, он участвует в производстве синтетического каучука. Значительное количество натрия перерабатывается и на его соединения – цианистый натрий, перекись натрия и т. д.

Следующий возможный претендент в крылатые металлы – калий.

Этого металла также очень много в природе. Земная кора содержит по весу 2,6 процента калия. Он входит в состав многих горных пород, растворен в морской воде, содержится в живых организмах. Гигантские водоросли макроцистис содержат калий в огромных количествах – до 3 процентов.

«Основой жизни растений» назван калий академиком А. Е. Ферсманом.

Отсюда одно из важнейших применений калия – для производства удобрений. Калий – металл плодородия. Наша страна обладает грандиознейшими залежами калийных солей. Их открыл в начале нашего века Н. С. Курнаков. И ныне 90 процентов всех добываемых солей калия используется в качестве удобрения.

Но металл плодородия вряд ли обретет крылья.

Его свойства впервые описал получивший этот металл в чистом виде в 1807 году Г. Дэви. Калий очень мягок – еще мягче натрия. Его удельный вес крайне привлекателен – 0,86 г на куб. см, он легче натрия. Но и плавится он при еще более низкой температуре – 62 градусах и кипит всего при 760 градусах. Калий кажется по всем свойствам двойником натрия. Не зря до середины XVIII века путали их соединения. Но вот пары калия резко отличаются от паров натрия: они не пурпурнокрасные, а синевато‑зеленые.

Химическая активность калия еще выше, чем у натрия. Он окисляется прямо во влажном воздухе, жадно поглощая из него влагу. Бурно реагирует с водой, выделяя водород. Киньте крупинку калия в тарелку с водой – и она начинает бегать, шипя, по ее поверхности. Миг, и над ней загорится яркий огонек – это вспыхивает выделяемый из разлагающейся воды водород. Калий соединяется буквально со всеми неметаллами.

Трудно ожидать от этого, еще более, чем натрий, неподходящего металла, что он обретет когда‑нибудь крылья.

Мы говорили об основном применении соединений калия – для производства химических удобрений. Используют и его сплав с натрием, жидкий при обычных температурах, в различных термометрах. Вероятно, найдет себе применение радиоактивный изотоп кальция, которому геохимики приписывают очень значительное влияние на общую историю нашей планеты.

Спустимся еще на одну клетку‑ступеньку в периодической таблице. В этой клетке, расположенной непосредственно под калием, мы найдем рубидий.

Этот металл открыли в 1861 году немецкие ученые Г. Кирхгоф и Р. Бунзен, открыли новым методом – спектральным анализом. Имя ему было дано за яркие темно‑красные линии в спектре, благодаря которым его и обнаружили исследователи.

Рубидия значительно меньше в земной коре, чем натрия и калия, – всего 0,03 процента по весу. Но это еще не причина для того, чтобы отказаться от этого металла. Многих широко распространенных в технике металлов еще меньше содержится в земной коре, чем рубидия.

Впрочем, скажем сразу: и этот металл не может претендовать на право обрести крылья. Он тяжелее и натрия и калия, его удельный вес– 1,5 г на куб. см. Но он мягче и натрия и калия и плавится при еще более низкой температуре – всего в 39 градусов.

Совершенно уникальна химическая активность этого металла. Уже при простом соприкосновении с воздухом он вспыхивает и сгорает до конца. Воду разлагает столь энергично, что, кажется, он взрывается, как порох. Даже при охлаждении до 108 градусов он вытесняет водород из льда. Уже при 300 градусах пары рубидия разрушают стекло, вытесняя кремний… Кажется, нет неметалла, с которым он тут же не вступал бы в энергичную реакцию. Получают рубидий в вакууме, хранят под слоем керосина.

Практических применений этот чрезвычайно энергичный металл почти не имеет.

Что ж, посмотрим еще один металл из этой же первой группы периодической системы. Это цезий, он расположен под рубидием.

Цезий был открыт в 1860 году теми же немецкими учеными, что и рубидий, – Г. Кирхгофом и Р. Бунзеном. Обнаружили они его тоже методом спектрального анализа и имя дали по цвету его характерной в спектре голубой линии. Слово «цезий» и означает «голубой».

Цезий – самый тяжелый из рассмотренных нами щелочных металлов, его удельный вес равен 1,9 г на куб. см. Он и самый легкоплавкий из них и вообще самый легкоплавкий после ртути металл на Земле. Его можно растопить теплом ладони – уже при 28 градусах он становится жидким.

Но не приведи вас положить крупинку цезия на голую ладонь! Ведь в воздухе он мгновенно воспламеняется. Впрочем, воспламеняется он и в атмосфере хлора или при соприкосновении с фтором. С серой и фосфором он соединяется со взрывом. Вряд ли стоит вспоминать, что и с водой он реагирует не менее энергично. При 300 градусах он разрушает и стекло, и кварц, вытесняя кремний.

Люди научились использовать высокую химическую активность цезия. Крохотную крупинку его помещают в вакуумную электрическую лампочку. И уже можно не сомневаться, что вакуум в ней не будет выше необходимого. Весь воздух, который не удастся откачать насосом, будет поглощен крупинкой этого металла. А чтобы придать ему устойчивость, его сплавляют с кальцием и барием.

Цезий находит и другое чрезвычайно важное и своеобразное применение в промышленности.

…26 февраля 1888 года знаменитый русский физик А. Г. Столетов в лаборатории Московского университета произвел такой интереснейший опыт.

К отрицательному полюсу гальванической батареи он присоединил цинковый диск, к положительному – металлическую сетку, поставленную напротив диска. Получилась разомкнутая электрическая цепь. Ток по этой цепи не шел: стрелка включенного в цепь гальванометра неподвижно стояла на нуле.

Но вот Столетов направил на цинковую пластинку сильный луч света, и тотчас же сдвинулась с нуля стрелка гальванометра – по цепи пошел ток. Ученый усилил свет – стрелка отошла еще дальше, ток в цепи сразу же возрос. Он выключил свет, и стрелка гальванометра бессильно упала на нуль – ток в цепи пропал. Казалось, это луч света замыкал разомкнутое пространство цепи.

Так было открыто новое явление природы – фотоэффект. А созданный Столетовым прибор можно по праву назвать первым в мире фотоэлементом.

В чем сущность фотоэффекта?

Носителем элементарного электрического заряда является электрон. Под действием света из некоторых химических элементов вылетают электроны. Упорядочив движение этих вырванных светом электронов, создав поток электронов, мы получим электрический ток.

Одним из элементов, способных выбрасывать электроны под действием света, является цинк. В фотоэффекте Столетова выбитые светом из цинковой пластинки электроны под действием притяжения положительно заряженной сетки устремились к ней. В цепи возникал электрический ток.

Среди металлов он слывет мастером электронного гольфа.

Но далеко не все металлы обладают свойством выбрасывать под действием света электроны. И, скажем прямо, цинк обладает в этом смысле отнюдь не лучшими показателями. Особую атомную структуру должен иметь металл, чтобы легко расставаться со своими электронами.

Именно такой структурой и обладают щелочные металлы. Они имеют один электрон, находящийся далеко от ядра, на внешней электронной оболочке. Особенно далеко он расположен в атоме цезия. Поэтому цезий, легко расстающийся со своим электроном, и является лучшим металлом для фотоэлементов.

Однако применить для этой цели цезий нелегко: ведь он плавится уже при комнатной температуре. Поэтому цезий наносят на окисел серебра. Делают фотоэлементы и из сплавов сурьмы с цезием.

Фотоэлементы властно вторглись во многие отрасли современной техники. Их внимательные электрические глаза читают запись на звуковой дорожке звукового кинофильма, помогают передавать по проводам фототелеграммы, не пропустив ни одного знака в чертеже, который срочно нужен в другом городе, не изменив ни одного штриха в вашей подписи. Фотоэлементы позволяют передать движущиеся изображения из студии телевидения на сотни тысяч экранов телевизоров. Фотоэлементы работают во всех автоматических устройствах, в которых необходимо следить за изменением цвета или света, за прозрачностью раствора или яркостью свечения расплавленного металла. Они наблюдают за положением изделия и считают детали, сходящие с конвейера.

И почти во всех из этих устройств – а их становится все больше и больше – работают легко отдающие свой внешний электрон атомы цезия. Вот какое важное дело нашел себе этот металл! Он работает на основном направлении технического развития нашего народного хозяйства– в автоматизации производства.

А крылатого металла из него, видимо, не получится. Он не соперник алюминия, магния, бериллия, а их попутчик. Но в космический полет он отправится в автоматических приборах звездолета, а не в его обшивке и двигателе.