Аркадий Курамшин – Таблица Менделеева. Элементы уже близко (страница 31)
Долгое время все мировые запасы металлического индия были представлены тем самым слитком, подготовленным ко Всемирной выставке – индий не мог найти себе подходящее применение. В наши дни около 500 тонн индия ежегодно извлекают из руд и ещё 600–700 тонн получают в результате вторичной переработки отслуживших свой срок индиевых изделий. Благодаря чему же так выросла необходимость в этом металле и что он представляет?
Индий – блестящий, мягкий и ковкий металл. Температура плавления индия сравнительно невысока для металлов (+156 °С), при нагревании выше этой температуры на воздухе индий воспламеняется и горит фиолетовым пламенем. При сгибании чистого индия металл издаёт «крик» – скрип, вызванный перемещением кристаллитов индия друг относительно друга, примерно такой же звук можно услышать и при деформации олова.
Индий уникален тем, что он остается мягким и податливым при очень низких температурах, что позволяет использовать его в оборудовании, работающем около абсолютного нуля. Индий и его сплавы применяют для изготовления криогенных насосов и систем для глубокого вакуума. Индий и некоторые его сплавы могут повторять форму неправильных поверхностей, прочно прилипая к ним. Индий понижает температуру плавления припоев, делает более прочными и сами припои, и их крепление с местом припайки. Часто индий называют «металлическим витамином» – иногда даже деципроцентные примеси индия значительно изменяют свойства сплава: например, добавка небольшого количества индия к сплавам золота или палладия делает их более твёрдыми (такие сплавы применяются для изготовления коронок в стоматологии). Некоторые детали летательных аппаратов сделаны из сплава с индием, индий в их составе защищает детали от преждевременного износа и замедляет от окисления. Индий применяется в изготовлении электронных устройств и элементов питания.
Ещё одно интересное соединение, которое образует индий, – это его оксид. Это вещество прозрачное и электропроводное (на уровне полупроводника); высокой степенью прозрачности и полупроводниковыми свойствами отличается также и смешанный оксид индия-олова (
На производство оксида индия-олова расходуется около 45% всего добываемого индия, смешанный оксид идёт как на производство солнечных элементов, так и жидкокристаллических дисплеев. Кроме оксида индия-олова для изготовления солнечных батарей применяют ещё и арсенид индия-галлия, а также селенид индия-галлия-меди. Несмотря на большие ожидания от солнечной энергетики и высокой эффективности индийсодержащих полупроводников в фотогальванике, большая часть индия идет на производство экранов телевизоров и компьютерных дисплеев. В 1980–90-е годы цена на индий под влиянием растущего спроса быстро росла, однако сейчас, когда одним из источников стали продукты вторичной переработки, спрос и предложение на этот металл практически уравновесили друг друга.
50. Олово
Сказка Ганса Христиана Андерсена про стойкого оловянного солдатика могла бы быть еще печальнее: если бы солдатик, выпав из окна, не попал бы в желудок рыбы, то рано или поздно с наступлением холодов он бы заболел чумой и рассыпался в прах, не оставив после себя оплавленного сердечка.
Оловянные солдатики, оловянные припои, оловянные консервные банки, лужёное (то есть покрытое оловом) железо – можно придумать много ассоциаций на оловянную тему. В наше время многие области, в которых трудилось олово, можно считать устаревшими, но нужно помнить, что именно олово поменяло вектор развития нашей цивилизации. Бронзовый век сменил короткий (по эволюционным и цивилизационным меркам) медный вскоре после того, как стало ясно, что сплавление меди с оловом даёт более прочный материал, чем просто медь, – материал, который можно было не только просто обрабатывать ковкой или отливкой, но материал, который не так быстро, как медь, затуплялся при использовании.
Бронза – сплав меди с оловом, и во времена античных империй и демократий олово было стратегическим ресурсом. У древних греков ходила легенда об оловянных островах «Касситеридах», которые лежали на северо-западе от побережья известной им Европы. Возможно, этими оловянными островами были британские острова, где действительно находились залежи оловянных руд, хотя эллины и не ввозили олово оттуда – греческие города получали олово морем, но с территорий, расположенных чуть ближе, – шахт на севере Пиренейского полуострова. Когда во времена расцвета Римской империи границы Европы стали шире, стало известно и об оловянных залежах на территории современного Корнуолла, ради которых в том числе римляне вторглись в Британию.
Олово настолько необычный металл, что он «болеет» чумой. Оловянной чумой называют протекающий при низкой температуре (для чистого олова 13,2 °C, однако примеси в олове понижают её) процесс перехода одной аллотропной модификации олова в другую, которая выглядит как порошок. Появление порошкообразной аллотропной модификации ускоряет трансформацию металлического олова, «заражая» его, поэтому этот процесс и назвали чумой. Оловянная чума – одна из причин гибели экспедиции Скотта к Южному полюсу в 1912 году. Путешественники остались без горючего из-за того, что топливо просочилось из запаянных оловом баков, поражённых «оловянной чумой». В книге Пенни Лекутера и Джея Берресона «Семнадцать молекул, изменивших мир» оловянной чумой объясняется провал зимней кампании Наполеона в России в 1812 году – сильные морозы заставляли оловянные пуговицы на мундирах французских солдат рассыпаться в порошок (возможно, это и было, но вряд ли можно назвать это главной причиной бегства Наполеона из России). Какое-то время проблему оловянной чумы удавалось избежать, применяя вместо олова свинцово-оловянные сплавы, однако в наши дни вопрос вновь стал актуальным. В соответствии с современным законодательством Евросоюза свинец из сплавов было велено убрать, оставив только олово. Тем не менее законы природы еще никому не удавалось отменить, и переход на чистое олово опять привел к проблемам, главная из которых даже не в том, что при низких температурах металлическое олово рассыпается в серый, не проводящий электрический ток порошок, а в том, что этот порошок может попадать внутрь электронных приборов, а при повышении температуры снова образуется электропроводное олово, которое может стать причиной коротких замыканий. Волей-неволей, борясь с оловянной чумой, приходится возвращаться назад, в бронзовый век и заменять олово и свинцово-оловянные сплавы на бронзу.
Кстати, с наступлением железного века человечество не отказалось от бронзы, просто немного сузило области его применения. Сейчас бронза, содержащая кроме меди и олова ещё и свинец, применяется для литья колоколов и создания органных труб. Тональность колокола или трубы можно поменять, изменяя соотношение компонентов в сплаве.
51. Сурьма
За годы своего существования человечество знало много войн – за честь, за веру, за любовь, за ресурсы. В 1600-х годах разразилась одна из самых долгих и бессмысленных войн – «сурьмяная война». Эта не была война, в которой, гремя огнём и железом, сходились полки в битве за ценный ресурс (сурьма не относилась к стратегическим ресурсам семнадцатого, равно как и других веков). На сурьмяной войне орудием были перья, чернила и риторика – врачи того времени пытались прийти к консенсусу по поводу одного вопроса, который сейчас кажется нелепым: можно ли лечить сурьмой?
Первым осознанно применять соединения сурьмы для врачевания стал Парацельс, и это раскололо врачей на два лагеря – одни все же считали сурьму лекарством, а другие – просто ядом. Спор о сурьме был решен, когда король Людовик XIV заболел брюшным тифом. Король проболел две недели, после чего к нему пригласили какого-то врача, который обещал исцелить монарха. Королю дали дозу сурьмы, после чего Людовик выздоровел. Королевское выздоровление (которое, скорее всего, не имело отношения к сурьме) снова изменило отношение к сурьме, и ее продолжили применять в медицинской практике вплоть до XIX века. Поскольку один из симптомов отравления сурьмой – тошнота и рвота, многие доктора прописывали пациентам «для очищения организма» соли сурьмы. По одной из версий отравление Моцарта было вызвано именно передозировкой препаратов сурьмы при лечении. В XIX веке, к счастью, медицина отказалась от применения сурьмы, и на какое-то время этот элемент стал орудием отравителей.
Один из важных источников этого элемента-неметалла стибнит – токсичный сульфидный минерал сурьмы. Также стибнит – одно из самых древних косметических средств. Еще в Древнем Египте, в III тысячелетии до нашей эры, стибнитовую пасту применяли для нанесения рисунков около глаз – не столько для декоративных и ритуальных целей, а в первую очередь для защиты глаз от инфекций и насекомых. Латинское название этой пасты,