Периодическая система элементов Менделеева - Олово

В 1910 году английский полярный исследователь капитан Роберт Скотт снарядил экспедицию, целью которой было добраться до Южного полюса, где в то время еще не ступала нога человека. Много трудных месяцев продвигались отважные путешественники по снежным пустыням антарктического материка, оставляя на своем пути небольшие склады с продуктами и керосином — запасы на обратную дорогу.

В начале 1912 года экспедиция, наконец, достигла Южного полюса, но к своему великому разочарованию Скотт обнаружил там записку:

выяснилось, что на месяц раньше здесь побывал норвежский путешественник Руаль Амундсен. Но главная беда поджидала Скотта на обратном пути. На первом же складе не оказалось керосина: жестянки, в которых он хранился, стояли пустые. Уставшие, продрогшие и голодные люди не могли согреться, им не на чем было приготовить пищу. С трудом добрались они до следующего склада, но и там их встретили пустые банки: весь керосин вытек. Будучи не в силах сопротивляться полярной стуже и страшным ^буранам, разразившимся в это время в Антарктиде, Роберт Скотт и 4го друзья вскоре погибли.

В чем же крылась причина таинственного исчезновения керосина? Почему тщательно продуманная экспедиция окончила 'ь так трагически? Какую ошибку допустил капитан Скотт? ^

Причина оказалась простой. Жестяные банки с керосином были запаяны оловом. Должно быть, путешественники не знали, что на морозе олово «заболевает»: блестящий белый металл сначала превращается в тускло-серый, а затем рассыпается в порошок. Это явление, называемое «оловянной чумой», и сыграло роковую роль в судьбе экспедиции.

А ведь подверженность олова «заболеванию» на холоде была известна задолго до описанных событий. Еще в средние века обладатели оловянной посуды замечали, что на морозе она покрывается «язвами», которые постепенно разрастаются, и в конце концов посуда превращается в порошок. Причем стоило «простудившейся» оловянной тарелке прикоснуться к «здоровой», как та вскоре тоже начинала покрываться серыми пятнами и рассыпалась.

В конце прошлого века из Голландии в Россию был отправлен железнодорожный состав, груженный брусками олова. Когда в Москве вагоны открыли, в них обнаружили серый ни на что не пригодный порошок — русская зима сыграла с получателями олова злую шутку.

Приблизительно в эти же годы в Сибирь направилась хорошо снаряженная экспедиция. Казалось, все было предусмотрено, чтобы сибирские морозы не помешали ее успешной работе. Но одну оплошность путешественники все же допустили: они взяли с собой оловянную посуду, которая вскоре вышла из строя. Пришлось вырезать ложки и миски из дерева. Лишь тогда экспедиция смогла продолжить свой путь.

В самом начале XX века в Петербурге на складе военного оборудования произошла скандальная история: во время ревизии к ужасу интенданта выяснилось, что оловянные пуговицы для солдатских мундиров исчезли, а ящики, в которых они хранились, доверху заполнены серым порошком. И хотя на складе был лютый холод, горе-интенданту стало жарко. Еще бы: его, конечно, заподозрят в краже, а это ничего, кроме каторжных работ, не сулит. Спасло бедолагу заключение химической лаборатории, куда ревизоры направили содержимое ящиков:

«Присланное вами для анализа вещество, несомненно, олово. Очевидно, в данном случае имело место явление, известное в химии под названием ,, оловянная чума"».

Какие же процессы лежат в основе этих превращений олова? В средние века невежественные церковники считали что «оловянная чума» вызывается наговорами ведьмы, и поэтому многие ни в чем не повинные женщины были сожжены на «очистительных» кострах. С развитием науки нелепость таких утверждений становилась очевидной, но найти истинную причину «оловянной чумы» ученые еще долго не могли.

Лишь после того, как на помощь металловедам пришел рентгеновский анализ, позволивший заглянуть внутрь металлов и определить их кристаллическое строение, удалось полностью реабилитировать «ведьм» и дать подлинно научное объяснение этому загадочному явлению. Оказалось, что олово (как, впрочем, и другие металлы) может иметь различные кристаллические формы. При комнатной и более высокой температуре самой устойчивой модификацией (разновидностью) является белое олово — вязкий, пластичный металл. При температуре ниже 13°С кристаллическая решетка олова перестраивается так, чтобы атомы расположились в пространстве менее плотно. Образующаяся при этом новая модификация — серое олово — уже теряет свойства металла и становится полупроводником. Внутренние напряжения, которые возникают в местах контакта разных кристаллических решеток, приводят к тому, что материал трескается и рассыпается в порошок. Одна модификация переходит в другую тем скорее, чем ниже окружающая температура. При —33 °С скорость этого превращения достигает максимума. Вот почему сильные морозы так быстро и безжалостно расправляются с оловянными изделиями.

Но ведь олово широко применяют для пайки радиоэлектронной (особенно полупроводниковой) аппаратуры, для полуды проводов и различных деталей, вместе с которыми оно попадает и в Арктику, и в Антарктиду, и в другие холодные места нашей планеты. Значит, все эти приборы, в которых использовано олово, быстро выходят из строя? Разумеется, нет. Ученые научились делать олову «прививки», обеспечивающие металлу иммунитет против «оловянной чумы». Подходящей для этой цели «вакциной» служит, например, висмут. Атомы висмута, поставляя дополнительные электроны в решетку олова, стабилизируют его состояние, что полностью исключает возможность «заболевания».

Чистое олово обладает очень любопытным свойством: при изгибе прутков или пластинок этого металла слышен легкий треск—«оловянный крик». Этот характерный звук возникает вследствие взаимного трения кристаллов олова при их смещении и деформации. Сплавы же олова с другими металлами в подобных ситуациях, как говорится, «держат язык за зубами».

Почти половина всего добываемого в мире олова расходуется сегодня на производство белой жести, используемой главным образом для изготовления консервных банок. Здесь в полной мере проявляются ценные качества металла: его химическая устойчивость по отношению к кислороду, воде, органическим кислотам и, вместе с тем, полная безвредность его солей для человеческого организма. Олово прекрасно справляется с этой своей ролью и практически не знает конкурентов. Не случайно его называют «металлом консервной банки». Благодаря тончайшему слою олова, покрывающему жесть, люди имеют возможность подолгу хранить миллионы тонн мяса, рыбы, фруктов, овощей, молочных продуктов.

Прежде для нанесения оловянного покрытия применяли горячий способ, при котором очищенный и обезжиренный лист железа погружали в расплавленное олово. Если же надо было полудить еще одну сторону листа, ее очищали, нагревали и натирали оловом. Сейчас этот способ уже сдан в архив, а на смену ему пришло лужение в гальванических ваннах.

Рано или поздно каждая консервная банка попадает на мусорную свалку, но олову (а в одной банке его примерно полграмма) не грозит быть здесь навеки погребенным: человек заботится о том, чтобы извлечь ценный металл и вновь использовать для своих нужд. Отделить олово от жести несложно: ведь олово легко растворяется в щелочах, а из щелочного раствора его извлекают при помощи электрического тока. Для этой цели пользуются и другим свойством олова: оно «охотно» вступает во взаимодействие с хлором. Если над старой банкой пропустить струю сухого хлора, образуется летучее хлорное олово, извлечь из которого олово уже не представляет труда.

Олово—сравнительно легкоплавкий металл. Помните, как в сказке Ганса Христиана Андерсена мгновенно растаял в огне стойкий оловянный солдатик, когда злой мальчик бросил его в печку? Легкоплавкость олова обусловила широкое применение этого металла в качестве основного компонента припоев.

Интересно отметить, что сплав олова (16%) с висмутом (52%) и свинцом (32%) может расплавиться даже в кипятке: температура плавления этого сплава всего 95°С, в то время как его составляющие плавятся при значительно более высокой температуре: олово—при 232°С, висмут— при 271°С, а свинец—при 327°С. Еще более охотно переходят в жидкое состояние сплавы, в которых олово служит добавкой к галлию и индию:

известен, например, сплав, плавящийся уже при 10,6°С. Сплавы такого типа применяют в электротехнике как предохранители.

Олово входит также в состав различных бронз, типографских сплавов баббитов (подшипниковых сплавов, обладающих способностью хорошо сопротивляться истиранию).

Широко используют в технике и химические соединения олова. Хлористое и хлорное олово, например, служит протравой при крашении хлопка и шелка. Натуральный шелк очень легок и плохо прокрашивается:

при обработке же его растворами соединений олова на поверхности шелковых волокон откладывается гидрат двуокиси олова (в количестве, иногда вдвое превышающем вес самой ткани), и волокно приобретает способность удерживать на своей поверхности краситель.

Для придания фарфору и стеклу красных оттенков применяют так называемый кассиев пурпур, образующийся при действии хлористого олова на раствор хлористого золота. В качестве золотистой краски может служить двусернистое олово—«сусальное золото».

В военной деле хлорным оловом пользовались для создания дымовых завес: это вещество легко взаимодействует с водой, образуя густой дым из двуокиси олова.

Начало знакомства человека с оловом теряется в глубине веков. Поначалу олово применяли лишь в союзе с медью: сплав этих металлов, называемый бронзой, был известен задолго до начала нашей эры. Бронзовые орудия были значительно тверже медных. Видимо, этим и объясняется латинское название олова «станнум»—от санскритского слова «стан»— твердый. Само же олово в чистом виде — мягкий металл, совсем не оправдывающий свое название. История узаконила этот парадокс, а металлурги легко обрабатывают податливое олово, не подозревая, что имеют дело с «твердым» материалом.

Изделия из бронзы были найдены при раскопках захоронений, сделанных почти 60 веков назад. Плиний Старший, говоря о зеркалах, утверждал, что «наилучшие из известных нашим праотцам были сделаны в Брундизиуме из смеси меди и олова».

Установить точно период, когда человеческое общество стало использовать олово в чистом виде, довольно трудно. В одной из египетских могил, относящейся к эпохе восемнадцатой династии (от 1580 до 1350 года до н. э.), найдены кольцо и бутылка из олова, которые и считаются наиболее ранними оловянными изделиями.

Гомер рассказывает в «Илиаде», как древнегреческий бог огня и кузнечного реме- ела Гефест ковал щит для героя Ахилла. На этом легендарном щите Гефест нанес рисунок.

«Сделал па нем отягченный гроздием сад виноградный Весь золотой, лишь одни виноградные кисти чернелись;

И стоял он на сребряных, рядом вонзенных подпорах. Около саду и ров темно-синий и белую стену вывел из олова».

Выковав щит и броню, Гефест принялся за другие «предметы туалета» Ахилла:

«Сделал и тяжкий шелом...

Пышный, кругом изукрашенный, гребнем златым повершенный;

После из олова гибкого сделал ему и поножи».

В одной из древних крепостей перуанских индейцев инков ученые обнаружили чистое олово, предназначенное, по-видимому, для получения бронзы: обитатели этой крепости славились как отличные металлурги и искусные мастера по изготовлению бронзовых изделий. Должно быть, инки не использовали олово в чистом виде, так как в крепости не удалось найти ни одного оловянного изделия.

Испанский конкистадор Фернандо Кортес, в начале XVI века завоевавший Мексику, писал: «Несколько небольших кусочков олова были найдены у туземцев провинции Такско в виде очень тонких монет; продолжая мои поиски, я обнаружил, что в этой провинции, а также во многих других, оно использовалось в качестве денег...»

В 1925 году в Англии проводили раскопки у старинного замка, который был построен в III веке до н. э. Археологам удалось найти плавильные ямы, а в них—шлак, содержащий олово. Это означало, что здесь свыше 2000 лет назад была развита оловянная промышленность. Кстати, и Юлий Цезарь в своей книге «Комментарий по поводу Галльской войны» упоминает о производстве олова в некоторых районах Британии.

В 1971 году в Англии состоялась посмертная реабилитация 94 чеканщиков монет, которые были осуждены ... 847 лет назад. Еще в 1124 году английский король Генрих I обвинил рабочих своего монетного двора в мошенничестве: кто-то донес ему, что при чеканке серебряных монет в металл добавляют слишком много олова. Королевский суд был скор, и суровый приговор—отрубить преступникам правую руку—придворные палачи тут же привели в исполнение. И вот спустя восемь с половиной столетий один из оксфордских ученых, подвергший злополучные монеты тщательному анализу при помощи рентгеновских лучей, пришел к твердому выводу: «Монеты содержат очень мало олова. Король был неправ».

С давних пор основным источником олова служил минерал касситерит, или оловянный камень. Наиболее крупные месторождения этого ценного минерала расположены на Малайском архипелаге. В Советском Союзе оловянные руды встречаются на Дальнем Востоке, в Забайкалье. Казахстане. В музее комбината «Дальолово» в Уссурийске хранится редчайший сросток оловянного камня. Его размеры невелики: 30 на 20 сантиметров при толщине 8 сантиметров. Однако поднять этот камень не так-то просто: он весит почти полцентнера.

Несколько лет назад был создан портативный переносной прибор— гамма-резонансный оловоискатель. Чтобы определить содержание олова в руде с точностью до сотых долей процента, геологу, вооруженному таким прибором, потребуется всего несколько минут. Ценность прибора заключается еще и в том, что он реагирует на касситерит и не обращает внимания на другой минерал, содержащий олово, — станнит, который в качестве оловянного сырья практически не интересует промышленность.

Крупное открытие было сделано недавно советскими учеными, установившими, что своеобразным индикатором присутствия олова в том или ином геологическом районе может служить фтор. Многочисленные анализы и эксперименты позволили ученым как бы воспроизвести картину рудообразования, происходившего многие миллионы лет назад В те далекие времена олово, как выяснилось, находилось в виде комплексного соединения. в котором непременно присутствовал фтор Постепенно олово и его соединения выпадали в осадок, образуя месторождения, а его бывший компаньон фтор оставался вблизи залежей оловянных руд «на вечное поселение». Это открытие позволит определять возможные районы залегания олова и даже прогнозировать его запасы.

Геологи ищут. касситерит не только на суше, но и под водой. Поиски уже увенчались успехом: россыпи оловянного камня удалось обнаружить на дне Японского моря, в бухте Тихангоу. Богаты им и прибрежные воды морей Северного Ледовитого океана — Ванькина губа, акватория мыса Святой Нос и другие районы. Большую помощь морским рудознатцам оказывают аквалангисты. Да и сами геологи к своей обычной экипировке добавили акваланг, без которого в Святом Носу не поковыряешь.

Дефицитность олова заставляет ученых и инженеров постоянно искать ему заменители. В то же время олово находит все новые области применения. Американская фирма «Форд мотор» не так давно построила завод, на котором применен любопытный метод производства непрерывной ленты оконного стекла шириной 2,5 метра. Расплавленное стекло из печи попадает в длинную 53-метровую ванну и здесь растекается по слою жидкого олова. Поскольку металлический расплав имеет идеально гладкую поверхность, стекло, остывая и затвердевая на нем, тоже становится совершенно гладким. Такое стекло не нуждается в шлифовке и полировке, что существенно сокращает производственные расходы.

Необычное стекло, которое служит своеобразной «ловушкой» для солнца, создали советские ученые. Выглядит оно совсем как простое, но отличается от него тем, что покрыто тончайшей пленкой двуокиси олова. Эта невидимая для глаза пленка беспрепятственно пропускает солнечные лучи, но очень «бдительно следит» за тем, чтобы тепло «не переходило границу» в обратном направлении. Такое стекло—находка для овощеводов: в нагретой солнцем за день теплице ночью сохранится почти та же температура, в то время как через обычное стекло тепловые калории одна за другой к утру без труда проскользнут наружу. В новых теплицах растения чувствуют себя уютно, даже если на улице стоит десятиградусный мороз. Стекло с оловянным покрытием пригодится для различных солнечных нагревателей и других устройств, где энергия дневного светила превращается в тепло.

Биография олова будет неполной, если не рассказать об одной почти детективной истории со счастливым концом, в которой этот металл сыграл далеко не последнюю роль.

...Вторая мировая война подходила к концу. Понимая, что ближайшее будущее не сулит ничего приятного, правители «независимого» Словацкого государства, сфабрикованного Гитлером в 1939 году на территории Чехословакии, задумали кое-что припрятать на черный день. Проще всего, как им казалось, было запустить руки в золотой фонд, созданный трудом словацкого народа. Однако группа патриотов, занимавших ответственные банковские посты, решила не допустить этого. Часть золота была тайно переведена в швейцарский банк и блокирована там до конца войны в пользу Чехословацкой Республики. Другую часть удалось переправить партизанам. Но часть золота все же оставалась еще в сейфах Братиславского банка.

Один из главарей марионеточного правительства по секрету сообщил немецкому послу в Братиславе о ценностях, хранящихся в бронированных подвалах, и попросил выделить солдат для «банковской операции» по изъятию золота. Пришлось, правда, брать третьим компаньоном еще и генерала войск СС, но зато в успешном проведении грабежа можно было не сомневаться.

Эсэсовцы окружили здание банка, и офицер, угрожая служащим расстрелом, приказал сдать ценности. Через несколько минут ящики с золотом перекочевали из сейфов в эсэсовские грузовики. Дельцы радостно потирали руки, не подозревая, что в ящиках хранятся слитки «золота», предусмотрительно изготовленные директором Монетного двора из... олова. А служащие банка еще раз проверили замки на тайниках, где хранилось настоящее золото, и стали с нетерпением дожидаться освобождения своей страны от гитлеровских войск.