твердым, но хрупким металлом. Когда же удалось получить очень чистые образцы его, оказалось, что он достаточно пластичен и ковок. Но такая очистка непомерно удорожает металл. Бесспорно, что по многим своим качествам рассмотренные металлы явно превосходят железо. Однако ни один из них не может равняться с железом по количеству запасов его в природе. А есть ли у железа вообще достойные соперники в этом отношении?
«Крылатый металл»
Алюминий не напрасно называют «крылатым металлом», ведь до 80 процентов веса самолета составляют именно алюминий и его сплавы. Современная авиация — один из главных, хотя и далеко не единственный, потребитель алюминия.
Путь этого металла в просторы воздушного океана был нелегким. Сейчас, когда любая хозяйка ставит на огонь алюминиевую кастрюлю, трудно поверить, что всего лет 70 назад английские ученые в знак глубокого уважения к Д. И. Менделееву преподнесли ему драгоценную алюминиевую вазу, отделанную золотом. Кто бы мог в те времена подумать, что полет первых аэропланов, сделанных из фанеры и парусины, спустя два десятилетия вызовет к жизни целую отрасль современной промышленности, производящую алюминий и другие металлы и легкие сплавы. Многое тогда было трудно угадать… И все-таки наиболее дальновидные ученые, в том числе Менделеев, предсказывали алюминию великое будущее.
Вспомните героев народных сказок… Многие из них совершали сказочные подвиги, побеждали чудовищ, ходили «за тридевять земель, в тридесятое царство», чтобы в конце концов обрести каким-либо чудесным образом «злато-серебро да драгоценные каменья». Таковы мечты, порожденные тяжелой жизнью в вековой нищете и горе.
И совсем иные мечты возникали у тех, кто видел будущее счастье людей в революционном преобразовании их жизни. Вспомните Чернышевского… На Всемирной выставке 1855 года алюминий демонстрировался под названием «серебро из глины» в качестве материала ювелирных украшений, а спустя всего несколько лет русский революционер-демократ, заключенный в Петропавловскую крепость, писал о нем как о металле социализма: «Рано или поздно алюминий заменит собой дерево, а может быть, и камень… Везде алюминий и алюминий!» Нужно ли говорить, насколько прав оказался Чернышевский!
С глины начинается история алюминия в технике. Алюминий — составная часть около 250 различных минералов. Земная кора содержит огромные количества алюмосиликатов, однако из таких соединений извлечь алюминий чрезвычайно трудно. Природа сама «пошла навстречу» человеку: в результате выветривания алюмосиликаты разрушаются, давая залежи глин, содержащих 15–20 процентов алюминия и могущих быть сырьем для получения алюминия. Недаром имя, полученное нашим металлом при его «рождении», было «глиний», и лишь затем он получил свое общепринятое название (от латинского наименования квасцов — «alumen»).
Еще выше содержание алюминия в его главном промышленном минерале — боксите. Боксит представляет собой водную окись алюминия Al2O3·xH2O, к которой примешаны окислы железа и кремнезем. Итак, алюминий в природе более распространен, чем железо. Почему же его использование в технике «опоздало» по сравнению с железом на целые тысячелетия? Все дело в трудности выделения алюминия из его руды.
Если помните, и многие руды железа представляют собой водную окись Fe2O3·xH2O. Но железо довольно легко и в огромных количествах получается при восстановлении руды потому, что кислород в окислах железа удерживается сравнительно непрочно. Совсем иначе обстоит дело у алюминия: трудно найти другой элемент, который бы так же «цепко» удерживал кислород в своем окисле.
Принято считать — и это совершенно справедливо, — что щелочные металлы обладают самой большой активностью. Но даже они не в силах «отобрать» кислород у алюминия. Поэтому первый путь, который в 1827 году привел к получению металлического алюминия, был очень сложен: окись алюминия при нагревании с углем в струе хлора превращалась в летучий хлорид, который затем восстанавливался калием или натрием. Насколько такой путь сложнее, чем получение железа!
Впоследствии этот способ был несколько усовершенствован: стали подвергать электролизу комплексное соединение NaCl·AlCl3. Выделяющийся при этом натрий сразу вытеснял алюминий из хлорида.
В то же время были сделаны первые попытки получить металл в электрических печах при высоких температурах. Окончательный толчок развитию этого метода был дан применением криолита Na3AlF6. Метод оказался удачным. Но… как бы хорош он ни был, он не мог применяться в широких масштабах: на выплавку тонны алюминия нужно около 20 тысяч киловатт-часов электроэнергии. Ясно, что веком алюминия мог стать лишь век дешевой электроэнергии.
Но дело не только в этом: техника еще не нуждалась в этом новом материале. Поэтому вначале, как только был получен сравнительно недорогой металл, он, по образному выражению А. Е. Ферсмана, начал с того, что… «завоевал кухню» — легкий, устойчивый и легко обрабатываемый металл стал материалом кухонной утвари.
Если же говорить всерьез, то первой предъявила требование на алюминий авиация. Затем он стал теснить медь в качестве материала для электрических проводов, пришел в автомобильную промышленность и машиностроение. Вот несколько цифр: через 50 лет после его «рождения», в 1885 году, в год выплавлялось 13 тонн алюминия. Еще через 50 лет, в 1935 году, его добыча выросла до 260 тысяч тонн в год. А в 1957 году было получено 3,5 миллиона тонн металла, прочно ставшего на второе место после железа.
Что такое электроны?
Широко распространены сплавы алюминия, в которые входит другой легкий металл — магний. Удельный вес его — всего 1,74; поэтому применение магния должно еще в большей степени позволить выиграть «битву за килограммы».
К сожалению, магний сам по себе малоустойчив. Поэтому в отличие от алюминия чистый магний не годится для инженерного дела. А вот сплавы магния — прекрасный материал, потому что при весе на 30 процентов меньшем, чем у алюминия, они отличаются выдающимися качествами: они прочны, если в них присутствуют цинк и алюминий, устойчивы против коррозии, если в них добавлен литий или марганец. Сплавы на основе магния как раз и получили название электронов; конечно, они не имеют отношения к элементарной частице того же названия. Магниевые сплавы, как и алюминий, защищают себя броней окисла. Для работы при температурах в 300–350 градусов магний легируют торием или редкоземельными элементами. Такие сплавы используются в ракетостроении и скоростной авиации.
В природе есть большое количество месторождений минералов, содержащих магний. Это уже знакомые нам магнезит и доломит, обжигом которых получают окись магния. Ее можно восстановить углем или кремнием при высоких температурах в струе водорода. При этом выделяется порошок магния высокой чистоты. Но в нашей стране основная часть этого металла (как и алюминия) вырабатывается электролизом расплавленного хлорида магния, полученного при комплексной переработке карналлита KCl·MgCl2·6H2O, добываемого в больших количествах в Соликамске.
Совершенно неисчерпаемым
