Периодическая система элементов Менделеева - Платина

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 Испанией и Южной Америкой. Однажды отряд завоевателей, передвигаясь вдоль реки Платино-дель-Пинто (Колумбия), обнаружил на берегах ее золото и крупицы неизвестного им тяжелого серебристого металла. Из-за исключительной 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, главным образом, фальшивых монет. Об этой «проделке» ювелиров стало известно правительству, и король не нашел ничего лучшего, как издать приказ, требующий прекратить ввоз в Испанию никчемного металла, а заодно и уничтожить все его запасы, чтобы мошенники-ювелиры не могли больше морочить голову честным людям. Вся имевшаяся в стране платина была собрана и при свидетелях брошена в море. Этим печальным эпизодом завершился первый этап в биографии платины.

Прошло немало лет, прежде чем снова заговорили об этом металле. Сначала им заинтересовались ученые. Большой вклад в изучение платины внес в конце XVIII века замечательный русский химик вице-президент Горной коллегии в Петербурге -Аполос Аполосович Мусин-Пушкин, почетный член многих иностранных академий наук.

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. Как потом выяснилось, он оказался самым редким из платиновых металлов, и поэтому его появление на свет было несколько запоздалым.

Работам в этой области в немалой степени способствовал тот факт, что в 1819 году на Урале вблизи Екатеринбурга (ныне Свердловск) геологи обнаружили довольно солидные россыпные месторождения платины. Спустя пять лет на берегу небольшой уральской реки Баранчи начал действовать первый в России платиновый рудник. 11Примерно в эти же годы платину начали использовать как добавку к стали, «б фунтов стали расплавлены были с 8 золотниками очищенной платины в огнепостоянном глиняном горшке, охраняя металл от доступа воздуха,—писал тогда «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 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.)

В 1828 году профессор Дерптского университета Г. В. Озанн, действуя «царской водкой» на некоторые самородные платиновые руды, добытые на Урале, пришел к заключению, что в них присутствуют три неизвестных науке элемента, по своим химическим свойствам относящиеся к группе платиновых металлов. Ученый назвал их полураном, полином и рутением. Это открытие поставил под сомнение шведский химик Берцелиус. Тогда Озанн решил повторить опыты. Поскольку результаты их не подтвердили первоначального предположения, ученый вынужден был от него отказаться.

К этому времени платина привлекла внимание уже не только ученых, но и финансовых деятелей царского правительства. В 1828 году министр финансов граф Е. Ф. Канкрин отдал распоряжение о чеканке платиновых монет достоинством в 3 рубля, 6 рублей и 12 рублей.

Однако воплотить в жизнь это распоряжение оказалось не так-то просто: ни одна из существовавших в то время печей не могла нагреть платину до температуры плавления, равной 1769°С. Да, было над чем поломать голову.

За решение этой проблемы взялся петербургский инженер, основатель «Соединенной лаборатории Департамента горных и соляных дел, Горного кадетского корпуса и Главной горной аптеки» П. Г. Соболевский. Если крепостью не удается овладеть штурмом, приходится искать другие пути. Так и поступил П. Г. Соболевский. Он взял платину в виде пористой «губки» (такой металл получался при химической обработке руд), заполнил ею форму для монет, спрессовал, а затем нагрел примерно до 1000°С. И неожиданно металл «поддался»: минуя плавление, губчатая платина превратилась в монеты, причем по внешнему виду их невозможно было отличить от литых. Так, впервые в истории мировой техники русский инженер создал и применил на практике оригинальный технологический процесс, который сохранил свое значение и по сей день. Лишь спустя три года аналогичный метод изготовления изделий из платины, названный позднее порошковой металлургией, был вторично «открыт» английским ученым Волластоном.

«В примерное вознаграждение» больших заслуг Соболевского министр финансов предложил ежегодно выдавать ему по 2500 рублей сверх его жалованья, «доколе на службе пребывает». Царь утвердил предложение министра.

Благодаря работам П. Г. Соболевского, Монетный двор начал полным ходом выпускать платиновые деньги. За сравнительно короткий срок был выпущен 1 миллион 400 тысяч платиновых монет, на которые пошло 899 пудов 30 фунтов (около 15 тонн) платины. Поскольку цена на этот металл росла, как говорится, не по дням, а по часам, 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, срочно принятые министерством финансов с целью возвращения платины в казну, а с другой стороны, инициатива частных лиц, которые предпочитали расплачиваться другими деньгами, оставляя 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 Петербургского Монетного двора скопилось довольно много остатков платиновых руд—отходов от производства монет. В 1844 году профессор химии Казанского университета Карл Карлович Клаус, который очень интересовался работами Озанна, попросил Монетный двор прислать ему для исследования два фунта этих остатков. К своему удивлению ученый 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 он приехал в Петербург, где его принял граф Канкрин, тот самый, что в свое время санкционировал выпуск платиновых монет. Канкрин внимательно отнесся к сообщению химика и оказал ему содействие в получении 20 фунтов платиновых остатков для дальнейших исследований.

Упорный труд Клауса увенчался успехом: ему удалось доказать, что среди прочих, уже известных, элементов платиновые остатки содержат новый металл — рутений, о котором в свое время писал Озанн. Аргументация ученого оказалась настолько убедительной, что даже Берцелиус, вновь усомнившийся в рождении еще одного металла платиновой группы, в конце концов вынужден был публично признать ошибочность своих взглядов. За это открытие Клаус получил полную Демидовскую премию— 1000 рублей.

Добыча платины на Урале быстро росла. Показательно, что в 1915 году на долю России приходилось 95% от общего количества платины, добываемой в мире (остальные 5% получала Колумбия). В последнее время на мировой рынок начала поступать платина из Южной Африки, Канады, США, но СССР по-прежнему играет важную роль в добыче этого металла.

Любопытно, что если ежегодное мировое производство золота давно перевалило за тысячу тонн, то добыча платины и сейчас исчисляется лишь тоннами. Так, например, в 1960 году во всех капиталистических странах мира, вместе взятых, было добыто всего немногим более 16 тонн платины.

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 начал 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 окислы азота и водяные пары. При растворении окислов 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 азотнокислотный «голод», лихорадочно искали пути его утоления.

Тогда-то И. И. Андреев и предложил использовать в качестве искомого сырья аммиак, содержащийся в отходах коксового производства. Проведенные им до этого исследования убедили его в высоких каталитических способностях платины и в том, что в ее присутствии аммиак окисляется очень энергично. По предложению и проекту И. И. Андреева в Донбассе, где были сосредоточены коксохимические предприятия, а следовательно, имелось достаточно аммиака, начали строить завод для производства азотной кислоты, который летом 1917 года 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 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 незаменимой для изготовления многих стеклянных приборов.

Нанося тончайший слой этого металла на стекло, получают платиновые зеркала, обладающие удивительным 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 сваривается и 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 на поприще 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. Наиболее часто для изготовления этих приборов 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 свой вес 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 1793 году. Спустя

шесть лет был изготовлен первичный эталон метра, который и сейчас находится в Париже, в Международном бюро мер и весов. На нем начертаны пророческие слова: «Для всех времен, для всех народов». Метр действительно стал самой распространенной на нашей планете мерой длины. С 1889 года и до последнего 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.. С тех пор эталоном метра считается длина, равная 1 650 763,73 длины волны оранжевого излучения криптона-86. Но как же пользоваться таким эталоном? Эти заботы переложены «на плечи» специального прибора—интерференционного компаратора, который определяет, укладывается ли длина волны необходимое число раз в сличаемой метровой мере.

Существует еще один эталон — световой, также непосредственно связанный с платиной. В качестве его используют свечение, исходящее из полости трубки (материалом для нее служит плавленая окись тория), погруженной в расплавленную платину. Измерения проводят во время затвердевания платины. Поскольку в это время температура ее не меняется, единица сил,ы 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.

Половина же добываемой в мире платины попадает сегодня в руки ювелиров, которые превращают ее в украшения и другие предметы роскоши. Но иногда этому ценнейшему металлу приходится по прихоти миллионеров играть малоприятную роль цепочек для их любимых болонок или служить клеткой для ученых попугайчиков.