Только кристаллографические исследования, вооруженные рентгеновскими лучами и руководимые оригинальным представлением Белова о характере плотнейшей упаковки ионов разного радиуса в кристаллической конструкции, позволили расшифровать химическую структуру силикатов. Силикат, упорнее других любых веществ сопротивляющийся растворению без разложения, не давался в руки химику, который исследует структуру химических соединений чаще всего в растворах. Эти свойства силикатов обусловлены тем, что составляющие силикаты элементы способны соединяться в цепочки или даже целые «скатерти», сотканные из атомов кремния и кислорода, простирающиеся от одной грани отдельного кристалла до противоположного. Таково, например, строение слюды и подобных ей пластинчатых силикатов вроде талыка.
Для техники особенно важно уменье управлять кристаллизацией силикатов. Расшифровка кристаллической структуры этих соединений позволила объяснить принцип действия «минерализаторов» — добавок, вводимых в силикатные расплавы. В результате достигнутого с их помощью разъединения, «разрыва», уменьшения размеров кремнекислородных цепочек возрастает способность расплавов к кристаллизации.
С новой стороны подошел к выяснению физического существа сложных процессов возникновения минералов из атомов физико-химик, член-корреспондент Академии наук СССР Анатолий Федорович Капустинский. Его заинтересовало в природных процессах проявление своеобразного «соперничества» металлов между собой за обладание кислородом и серой. С этим «соперничеством» мы сталкиваемся не только в недрах земного шара, но используем его в металлургии. Очевидно, что большим сродством будет обладать тот металл, который будет активнее забирать серу или же, соответственно, кислород от менее жадных металлов[99].
При «соперничестве» и борьбе за металл серы и кислорода будет образовываться то соединение, которое является прочным, более устойчивым. В ряде остроумно поставленных исследований А. Ф. Капустинский сумел точно измерить эти силы сродства. Его работы показали, почему железо встречается в природе преимущественно в виде окисленных руд, сульфиды же встречаются в связи с железом в виде исключений. И, наоборот, почему медь дает руды по преимуществу сульфидные и лишь сравнительно редко оксидные, а серебро может давать только сульфиды, и принципиально немыслимо найти хоть какие-нибудь оксидные минералы серебра.
От общего энергетического анализа химических элементов А. Ф. Капустинский в работах, проводимых им вначале совместно с Ферсманом, а затем получившими самостоятельное развитие, перешел к количественному решению этой задачи. Каждый заряженный химический элемент наделен определенным запасом энергии, которую он выделяет, когда образует химическое соединение с другими атомами; и чем большее количество этой энергии он выделяет, тем устойчивее бывает само соединение, тем вероятнее его накопление в данных природных условиях. Но, изучая энергетику процессов образования минералов, А. Ф. Капустинский одновременно получил возможность оценивать восстановляемость тех или других руд, столь важную для правильного построения металлургических процессов.
Мы имеем здесь дело со своеобразным «обращением» геохимии от технологии к природе. Эти работы подкрепляют убеждение Ферсмана, Белянкина, Бар? дина и других передовых ученых в том, что между природными геохимическими процессами и процессами технологическими, между природой и технологией не должно существовать разрыва. Наука перебрасывает между этими процессами мост, по которому, как говорил об этом еще Менделеев и как говорил за ним Ферсман, движение происходит в обе стороны. Геохимики изучают в своих исследованиях не только сами атомы и их свойства, но и законы их перемещений, законы их совместного нахождения, законы их рассеяния, то-есть процесса, обратного накоплению, а именно — накопление или концентрация элементов давно лежит в основе горного дела и образования рудных месторождений.
Для дальнейшего развития геохимии особо важное значение имеет эта, открытая советскими учеными, возможность оценивать энергии геохимических процессов по энергиям ионов, образующих кристаллы.
«Вся современная органическая химия, — писал по поводу работ этого цикла А. Е. Ферсман, — и особенно красочная химия создавала путем синтеза новью соединения на основании известной теоретической схемы. Сейчас б области неорганической химии мы переживаем такой же момент, и ныне можно предсказать те минеральные соединения, которые кристаллохимически будут устойчивы… Больше того, можно заранее предсказать, какими они будут обладать свойствами и, еще больше, — можно задаться определенными свойствами и для них подыскать соответственно новые устойчивые соединения, сначала на бумаге, а потом получить их и экспериментально. Таким образом, этим путем не только дается логическое объяснение природным процессам, не только природные процессы анализируются на основании закона строения атома, но дается новая руководящая мысль, которая позволяет вести синтез неорганических соединений, синтез чисто технологический так же, как органики вели его до сих пор исключительно в области органической химии. Отсюда путем анализа электрических свойств атома мы получаем необычайно интересную методику в отношении целого ряда технологических процессов, и, несомненно, что технология сейчас должна решать свои задачи на основании учета внутренних структур и внутренних законов вещества, — на основании геохимического и кристаллохимического его анализа»[100].
Новейшие работы академика Д. С. Белянкина и его школы являются ярким подтверждением этих взглядов Ферсмана. Они показали на новых примерах, насколько могут быть углублены наблюдения над составом и структурой горных пород, а также над строением земной коры, широким внедрением в геологию эксперимента и моделирования. Эксперименты в изучении осадочных пород — например, в исследовании водного глинозема или глин, превращении кварца и других — привели к раскрытию поведения осадочных горных пород, как сырья для того или иного производства при нагревании, то-есть в условиях, близких к производству. Здесь, таким образом, слились интересы природной и технической ветвей «камневедения», как называл Д. С. Белянкин эту область исследования, и, в сущности говоря, совершенно исчезли границы между ними.
При определении современных задач геохимии академик А. Г. Бетехтин придает большое значение изучению природных химических реакций по соотношениям минералов-«спутников» в рудах и горных породах. Такого рода исследования существенно облегчились после того, как советским ученым Д. С. Коржинским на основании положений физической химии был разработан соответствующий метод анализа сочетаний минералов («минеральных ассоциаций») в породах, претерпевших те или иные изменения в земной коре. Удалось найти путь изучения соотношений минералов и в рудных месторождениях, представляющих по своему составу или строению сложнейшие природные образования[101].
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
