Свои имена эти металлы получили от имен горных гномов. Кобольд, гном, живущий в немецких Рудных горах, по преданию, приспособился воровать серебро прямо из самой руды, превращая богатую руду в бесполезную горную массу, которую горняки прозвали «кобальтом». А другой шкодливый гном, Ник, повадился портить медную руду, превращая ее в «куперникель», то есть «никелеву медь».
Внешне скверный «кобальт» почти неотличим от нормальной серебряной руды, как «куперникель» – от хорошей медной. Но стоило этим чертовым камням попасть в плавку, как воздух наполнялся сильнейшим чесночным запахом, и тут уж только успевай разбегаться: чесночный запах – верный признак мышьяка.
В таблице Менделеева эти металлы, близкие друзья железа, поселились рядышком, под номерами 27 и 28, теперь уже окончательно закрепив за собой имена озорных гномов. Именно из «подпорченных зловредными гномами» руд были впервые получены прежде неизвестные металлы – кобальт и никель.
Кстати, легенда недалека от истины – процесс получения синей кобальтовой краски действительно был открыт в Саксонии, в Шнееберге мастером Шюрером. Вскоре этот рецепт приобрел голландский купец: знаменитый голландский фаянс расписывается именно синим кобальтом. Впрочем, секрет кобальта открывали не раз. Например, синие кобальтовые смальты были известны еще в Древнем Египте, где из них изготавливали священных жуков-скарабеев, которых не отличишь от вырезанных из драгоценного лазурита. Потом секрет получения синей кобальтовой краски был утерян – только из Китая привозили драгоценный голубой фарфор. Незадолго до открытия Шюрера секрет кобальтовой краски открыл немец Вейдхаммер, но он продал его пронырливым венецианцам, которые изготавливали синее стекло в мастерских на острове Мурано. Венецианское кобальтово-синее стекло не имело тогда конкурентов на мировом рынке и ценилось баснословно дорого, тем более что за этим великолепным стеклом числилось еще и удивительное «умение» немедленно обнаруживать яд в напитке. Для средневековья свойство более чем актуальное.
Однако далеко не все соли кобальта способны сохранять свой чудесный синий цвет веками и тысячелетиями. Есть кобальтовые краски, способные менять окраску буквально на глазах. Исследователь Б. Казанов в своей «Балладе о металле» приводит удивительный пример: «Профессор Базельского университета химии и врач Парацельс показывал написанную им самим картину. Он изображал зимний пейзаж – деревья и пригорки, покрытые снегом. Дав зрителям насмотреться, профессор слегка подогревал картину, и прямо на глазах у всех зимний ландшафт сменялся летним: деревья одевались листвой, на пригорках зеленела трава, – это производило впечатление чуда».
Для химиков сегодняшнего дня здесь нет никакой тайны: раствор хлористого кобальта, к которому добавлено соответствующее количество хлористого никеля, почти бесцветен, но при нагревании эти соли теряют кристаллизационную воду, и цвет их меняется.
Впрочем, не только для удивления простодушных годились соли кобальта. В 1737 г. во Франции из солей кобальта изготовили симпатические чернила: написанное ими на бумаге становится видимым только после прогревания листа.
Сегодня окрашивание стекла, фарфора, фаянса солями кобальта – прекрасно освоенный процесс. Яркий синий цвет на росписях кружек, бокалов, кувшинов – это цвет солей кобальта. А вспомните, как садятся самолеты и посадочная полоса расцветает ярко-синими васильками сигнальных огней, – стекла сигнальных ламп также окрашены солями кобальта.
Как самостоятельный химический элемент кобальт был получен из руд Саксонии в 1735 г. знаменитым шведским химиком Георгом Брандтом. Брандт заявил: «Я имел счастье быть первооткрывателем нового полуметалла, названного кобальт регулус». Полуметаллами назывались в то время вещества, по внешнему виду подобные металлам, но не поддающиеся ковке: ртуть, висмут, цинк, сурьма.
И кобальт, и никель настоящими металлами были признаны не сразу. Долгое время считали, что это и не металл вовсе – так, смесь ранее известных элементов: меди, железа, мышьяка, висмута.
«Самостоятельность» кобальта и никеля была доказана лишь в конце XVIII века.
При изучении этих металлов нельзя не отметить определенного сходства: двум металлам достаются прозвища гномов, оба они происходят из руд, считавшихся «нечистыми», оба при попытке расплавить их выделяют дурно пахнущий мышьяк. Не стоит ли за этими совпадениями закономерность?
И кобальт, и никель в природе охотно образуют соединения (минералы) с мышьяком. Такие минералы – арсениды кобальта и никеля – образуют особый тип руд, называемый мышьяково-никель-кобальтовые. Эти руды и были открыты в Саксонии. Позже месторождения подобных руд были открыты в Северной Америке, в районе Великих озер.
Как же выглядят эти «нечестивцы» – саксонские руды-минералы кобальта и никеля, вводившие в заблуждение первых своих исследователей-рудокопов? В сплошной массе или в тонкозернистом агрегате они вправду похожи на серебряную руду. Но стоит приглядеться повнимательнее, и мы увидим, что никелева медь (куперникель) кристаллов не образует вообще – только сплошные тяжелые тускло блестящие желваки, напоминающие металлическую медь. Последняя на поверхности матового фарфора оставляет красный след, а никелевый колчедан делает буровато-черную отметку.
Самым распространенным минералом кобальта является кобальтовый блеск – кобальтин, образующий красивые кубики серебристого нежно-розового цвета. Есть минералы кобальта и никеля, не содержащие серу, то есть чистые арсениды: саффлорит и раммельсбергит. Минералоги их легко различают по хроматографической реакции: в азотной кислоте соли никеля приобретают яблочно-зеленый цвет, а соединения кобальта – ярко-розовый. Природные яблочно-зеленые руды никеля – один из вторичных минералов, глиноподобный силикат гарниерит (назван в честь французского геолога и минеролога Ж. Гарнье) – продукт выветривания ультраосновных пород (например, на базе таких руд работает крупный комбинат в Орске).
Помимо мышьяково-никель-кобальтовых руд, важным источником никеля и никелевых сплавов служит коллективный колчедан никеля и железа – пентландит, похожий на главный минерал меди халькопирит, но отличающийся бурым оттенком и несвойственной для сульфидов стойкостью в четырех направлениях.
Запасы пентландит-халькопиритовых руд в мире огромны. Крупные их запасы были открыты при прокладке Тихоокеанской железной дороги в Канаде. Долгое время не удавалось при плавке разделить медь и никель. Это послужило толчком для рождения нового оригинального сплава никеля и меди – мопель-металла, названного в честь президента Международной никелевой компании полковника Амброза Мопеля, подавшего идею не разделять эти металлы, а выплавлять «натуральный сплав».
Интересно, что если железа в земной коре примерно 5%, то никеля в тысячу раз меньше – 0,0058%, а кобальта – всего 0,00018%. Ученые-геохимики считают, что и никель, и кобальт в земной коре – «гости из глубины». Это довольно уверенно доказывает строение метеоритов, анализ проб лунного грунта и кернов (столбиков горной породы) из Кольской сверхглубокой (12262 метра) скважины. Кроме того, глубоководные железомарганцевые конкреции (окатыши) океанического дна содержат около 20% марганца, 15% железа, по 0,5% никеля, кобальта и меди. Выходит, что «морские» запасы кобальта в два раза больше, чем его залежи на суше. Ну а геохимики предполагают, что гипотетическое ядро земли состоит из железо-кобальто-никелевого сплава с контракцией 90,85% железа, 8,5% никеля и 0,6% кобальта.
Известным никель сделали… ювелиры. Никель – блестящий, хорошо полирующийся и сохраняющий полировку – поначалу казался неплохим материалом для украшений, и женщины прошлого с удовольствием носили такие украшения. Впрочем, если чистый никель – металл ковкий и пластичный, то при ничтожной примеси серы он становится хрупким и плохо обрабатывается.
Никель оказался хорошим помощником при изготовлении серебровидных сплавов. Самый древний из этих сплавов, состоявший из меди, никеля и цинка, получили в Китае еще в III веке до нашей эры. А в XIX веке европейские фабриканты, производившие столовое серебро, объявили конкурс на создание «нового серебра» – более дешевого, но внешне не отличающегося от натурального. Победителем конкурса стали химики Майо (Maillot) и Шорье (Chorier), именем которых сплав и был назван. В отличие от китайского сплава двухтысячелетней давности, мельхиор вместо цинка содержит марганец. Кстати, мельхиор не только красив, но и прочен, он применяется не только при изготовлении столовых приборов, но и в производстве клапанов и кранов.
Праздник на улице никеля наступил не очень давно, когда были обнаружены его антикоррозионные свойства: никелированные металлы стойки к влаге и изменению температур. Для изготовления химической аппаратуры никель, не боящийся даже концентрированных рассолов и расплавов солей, горячих щелочей, фтора и хлора, оказался весьма подходящим металлом.
Кроме того, никель применяется в сплавах, используемых в ракетной технике, а еще одному сплаву, нихрому, в силу высокого сопротивления нет равных в электронагревательной технике – от чайного кипятильника до металлургической муфельной печи.
Нельзя не отметить еще одну уникальность никеля – его «музыкальность»: стержень из никеля в переменном магнитном поле достаточной частоты становится источником ультразвука.
Среди магнитных сплавов никеля особо следует отметить железо-никелевый сплав пермаллой. А вот магниты из кобальтового сплава – магнико (кобальт, никель, алюминий и медь) и альнико (алюминий, никель, кобальт) – в разы сильнее привычных для нас простых железных магнитов: такой стограммовый магнит притягивает и удерживает груз в 50 кг! А суперсплав кобальта под названием стеллит (от латинского «звезда»), отличающийся высочайшей твердостью и стойкостью, используется в машиностроении и других отраслях.
В свое время «автомобильный король» Генри Форд сказал: «Если бы не было ванадия, то не было бы автомобиля». Не хуже – даже по-житейски ближе – звучит фраза вышеупомянутого исследователя Б. Казакова: «Если бы не было кобальта, то не было бы эмалированной кастрюли». Почему? Долгое время эмаль не могли заставить «прирастать» к кастрюлям, мискам и другим кухонным предметам – она просто отскакивала от чугунной и железной посудины. Наконец, ученые додумались до одной хитринки – внедрить двухслойную эмаль: первый слой, прилегающий к железной основе, содержит всего-то 0,6% кобальта. Оказывается, и этой дозы его достаточно, чтобы ионы кобальта, диффундирующие при нагреве внутрь чугунного или железного слоя, намертво «приваривает» эмаль к посуде. Так что любая хозяйка скажет ученым мужам за эту выдумку спасибо.
Минниахмет МУТАЛОВ
Издание "Истоки" приглашает Вас на наш сайт, где есть много интересных и разнообразных публикаций!
Присоединяйтесь к нам в нашей группе в Вконтакте и Facebook