Несомненное достоинство иридия - его способность практически вечно сохранять свои ценные свойства, как бы ни менялись окружающие условия. Если бы не высокая стоимость (он дороже самой платины!), перед ним были бы распахнуты двери во многие сферы научной и инженерной деятельности человека. Пока же такая роскошь ученым и конструкторам часто не по карману, и поэтому иридий работает сегодня лишь там, где он практически незаменим. Так, из этого металла изготовляют лабораторные тигли для проведения опытов с грозным фтором и его агрессивными соединениями. Из иридия делают также мундштуки для выдувания тугоплавкого стекла. Для измерения высоких температур (2000- 2300°С) сконструирована термопара, электроды которой выполнены из иридия и его сплава с рутением или родием. Пока такой термопарой пользуются лишь в научных целях, а на пути внедрения ее в промышленность стоит все тот же барьер - высокая стоимость.
Весьма перспективны прочные и износостойкие иридиевые покрытия. Сегодня их применяют реже, чем, скажем, платиновые, палладиевые, родиевые. Это объясняется, пожалуй, прежде всего технологическими трудностями, возникающими при нанесении иридия на другие металлы. Иридиевое покрытие можно получить электролитическим путем из расплавленных цианидов калия и натрия при 600°С. Несколько проще другой способ-плакирование. В этом случае на тот или иной металл накладывают тонкий слой иридия, а затем образовавшийся "бутерброд" попадает под горячий пресс, в результате чего покрытие прочно прилипает к основному металлу. Сходным способом изготовляют и иридированную проволоку: на заготовку из вольфрама или молибдена надевают "рубашку" - иридиевую трубку и горячей ковкой с последующим волочением получают биметаллическую проволоку нужной толщины. Такая проволока служит для производства управляющих сеток в электронных лампах.
Разработан и химический способ нанесения иридиевых покрытий на металлы и керамику. При этом на поверхность изделия наносят раствор комплексной соли иридия, например с фенолом или другим органическим соединением, и в контролируемой атмосфере нагревают изделие до 350 - 400°С: органическое вещество улетучивается, а слой иридия остается.
В чистом виде либо в союзе с другими металлами иридий находит применение в химической промышленности: иридиево-никелевые катализаторы помогают получать пропилен из ацетилена и метана; платиновые катализаторы, в состав которых входит иридий, ускоряют реакцию образования окислов азота в процессе получения азотной кислоты.
Очень красивы и разнообразны по цвету соли иридия. Практической пользы эта красота пока не приносит, но зато именно ей элемент обязан своим названием. В 1804 году английский химик Смитсон Теннант, исследуя черный порошок, остающийся после растворения самородной платины в царской водке, открыл в нем два новых элемента. Соли одного из них были окрашены буквально во все цвета радуги. Теннанту не пришлось долго ломать голову в поисках подходящего для него имени: элемент был назван иридием, так как по-гречески "ириоэйдес" радужный.
Судьбы платиновых металлов переплелись настолько тесно, что рассказ об одном из них немыслим без упоминания о других. В 1840 году профессор Казанского университета К. К. Клаус заинтересовался проблемами переработки уральской платиновой руды. По его просьбе петербургский Монетный двор прислал ему пробы платиновых остатков - нерастворимого осадка, образующегося после обработки сырой платины царской водкой. "При самом начале работы, - писал позднее ученый, - я был удивлен богатством моего остатка, ибо извлек из него, кроме 10% платины, немалое количество иридия, родия, осмия, несколько палладия и смесь различных металлов особенного содержания..."
Если в первое время Клаус ставил перед собой лишь чисто практическую цель - найти способ переработки остатков платиновой руды в платину, то уже вскоре эти исследования приобрели более глубокий научный характер и полностью захватили ученого. "Два полных года, - вспоминал Клаус, - я кряхтел над этим с раннего утра до поздней ночи, жил только в лаборатории, там обедал и пил чай, и при этом стал ужасным эмпириком". Последнее утверждение имело вполне конкретный смысл: по словам А. М. Бутлерова - ученика Клауса, тот "имел привычку... при растворении платиновых руд в царской водке мешать жидкость прямо всеми пятью пальцами и определял крепость непрореагировавших кислот на вкус". Впрочем, это было свойственно не только Клаусу, но и другим химикам старой школы, которые, получив какое-либо вещество, всегда "дегустировали" его (до середины XIX века при описании свойств вещества необходимо было указать и его вкус), подвергая себя большой опасности: так, знаменитый шведский ученый Карл Шееле погиб, попробовав на вкус полученную им безводную синильную кислоту.
Труды Клауса увенчались успехом: способ переработки платиновых остатков был найден, и теперь ученому предстояло ехать в Петербург, чтобы сообщить об этом министру финансов Е. Ф. Канкрину, заинтересованному в удачном решении проблемы. Для поездки в столицу Клаус вынужден был занять 90 рублей у одного из своих друзей (вернуть долг ученый смог лишь спустя несколько лет, когда приобрел всемирную известность). По приезде в Петербург Клаус был уже через два дня принят министром и добился от него санкции на получение необходимых для продолжения исследований материалов. Ему были выданы 1/2 фунта платиновых остатков и 1/4 фунта сырой платины.
Вернувшись в Казань, ученый вновь с головой окунулся в работу, которая продолжалась много лет и дала блестящие результаты. Важнейшим из них стало открытие в 1844 году неизвестного ранее химического элемента - последнего "русского члена платинового семейства". "Уже при первой работе, - писал Клаус, - я заметил присутствие нового тела, но сначала не нашел способа отделения его от примесей. Более целого года трудился я над этим предметом, но наконец открыл легкий и верный способ добывания его в чистом состоянии. Этот новый металл, который назван мною рутением в честь нашего отечества (от латинского названия России - С. В.), принадлежит без сомнения к телам весьма любопытным".
Но открытие Клауса не сразу получило признание. Первые пробы соединений нового элемента ученый послал в Стокгольм Й.Я. Берцелиусу, пользовавшемуся огромным авторитетом у всех химиков. Каково же было разочарование Клауса, когда он узнал, что, по мнению этого маститого ученого, присланное ему вещество не содержит новый элемент, а представляет собой плохо очищенное соединение иридия. Убежденный в своей правоте Клаус снова и снова проводил опыты, забывая порой об элементарных мерах защиты. Правда, спустя несколько лет ученый предупреждал своих коллег: "При работе с осмиевым иридием надобно остерегаться от паров осмиевой кислоты. Это весьма летучее вещество принадлежит к самым вредным телам и действует преимущественно на легкие и на глаза, производя сильные воспаления. Я много терпел от нее". Слишком велико было желание Клауса убедить научный мир в том, что действительно открыт новый элемент, и он, наконец, сумел это сделать. Препараты соединений рутения опять были посланы Берцелиусу, и тот, проведя тщательные исследования, понял, что прежде ошибался в своих выводах. "Примите мои искренние поздравления с превосходными открытиями и изящной их обработкой, - писал он Клаусу, благодаря им Ваше имя будет неизгладимо начертано в истории химии".
Итогом напряженной работы Клауса стал опубликованный в 1845 году труд "Химическое исследование остатков уральской платиновой руды и металла рутения", в котором впервые были всесторонне описаны и свойства иридия, причем сам Клаус отмечал, что иридием он занимался больше, чем другими металлами платиновой группы. Рекомендации ученого стали научной базой для создания технологии получения иридия и других платиноидов. В наше время чистый иридий выделяют из самородного осмиридия и из остатков платиновых руд, но прежде из них, действуя различными реагентами, извлекают платину, осмий, палладий и рутений и лишь после этого наступает очередь иридия. Полученный при этом порошок либо прессуют в полуфабрикаты и сплавляют, либо переплавляют в электрических печах в атмосфере аргона. При обычной температуре иридий хрупок и не поддается никакой обработке, но в горячем состоянии он более "сговорчив" и позволяет себя ковать.
Природа бедна иридием: земные запасы его не превышают миллионных долей процента. Во всех странах мира за год производится не более тонны этого металла. Но интерес ученых к нему не ослабевает. Все новые и новые области применения находят, в частности, радиоактивные изотопы иридия. Так, недавно специалисты центра атомных исследований в Кадараше (Франция) разработали гамматрон - чуткий прибор, позволяющий бдительно следить за состоянием мостов, плотин и других сооружений из железобетона: под действием гамма-лучей радиоактивного иридия-192 на стеклянной пластинке, покрытой светочувствительным слоем, появляется четкое изображение "внутренностей" контролируемых узлов и деталей. С помощью подобных дефектоскопов проверяют качество металлических изделий и сварных швов: на фотопленке фиксируются все пустоты, непроваренные места и инородные включения. В доменном производстве малогабаритные контейнеры с тем же изотопом иридия служат для контроля уровня материалов в печи. Поскольку часть испускаемых гамма-лучей поглощается шихтой, по степени ослабления потока можно достаточно точно определить, какое расстояние лучам пришлось "пробираться" сквозь шихту, т. е. выяснить ее уровень.
Кстати, об изотопах. Помимо уже известного вам иридия-192, имеется еще 14 радиоактивных изотопов этого элемента с массовыми числами от 182 до 198. У самого тяжелого изотопа - самая короткая жизнь: его период полураспада меньше минуты. Любопытно, что период полураспада иридия-183 - ровно час. Стабильных же изотопов у элемента всего два - иридий-191 и иридий-193. На долю более "весомого" из них в природной смеси приходится примерно 62 % атомов.
С изотопом иридия связано открытие так называемого эффекта Мёссбауэра, на котором основаны поразительно точные методы измерения малых величин и слабых явлений, широко применяемые в физике, химии, биологии, геологии. Этот эффект (или, выражаясь строго научно, резонансное ядерное поглощение гамма-квантов в твердых телах без отдачи) был обнаружен молодым физиком из ФРГ Рудольфом Мёссбауэром в 1958 году. За несколько лет до этого, когда учеба в Высшем техническом училище в Мюнхене подходила к концу, он стал подыскивать тему для дипломной работы. Один из профессоров любезно предложил студенту длинный перечень тем. Как вспоминает сам Мёссбауэр, ни одна из них не пришлась ему по вкусу, кроме последней (кстати, тринадцатой по счету), главное достоинство которой, по мнению будущего физика, заключалось в том, что он не имел о ней ни малейшего представления. Речь шла о резонансном поглощении гамма-квантов атомными ядрами. "Самым главным, - вспоминает физик, - было то, что меня ткнули носом в это дело".
И "это дело" пошло на лад. Сначала был защищен диплом, спустя два года пришел черед диссертации, а еще через год состоялось открытие. Работая в Гейдельберге, в Институте медицинских исследований имени Макса Планка, ученый продолжал заниматься резонансным поглощением. Специальным счетчиком он определял число гамма-квантов, прошедших через металлический иридий, точнее, через один из его изотопов; источниками этих гамма-квантов были возбужденные атомные ядра того же самого изотопа. Ядра, пребывающие в обычном состоянии, могут также "возбудиться", но для этого они должны, поглотив гамма-квант, получить такое количество энергии, которое в точности соответствует разности между энергиями ядра в возбужденном и основном состояниях (это поглощение и называется резонансным). Обычно же энергия гамма-квантов оказывается чуть меньше, чем нужно, так как часть ее теряется при испускании на отдачу испускающего ядра (нечто подобное происходит, например, при выстреле из пушки или ружья).
Чтобы устранить некоторые побочные процессы, способные исказить результаты опытов, Мёссбауэр решил охладить иридий до температуры жидкого азота. При этом он полагал, что из-за уменьшения скорости движения ядер резонансное поглощение уменьшится, а число прошедших через иридий гамма-квантов соответственно возрастет (того же мнения придерживались и другие физики). К удивлению экспериментатора все оказалось наоборот. В чем же причина?
Ученый делает вывод: в твердых телах при достаточно низкой температуре отдачу воспринимает не отдельное ядро, а все вещество в целом, и поэтому потери энергии на отдачу исчезающе малы, т. е. энергия гамма-кванта точно равна разности энергии ядра в возбужденном и основном состояниях. Это открытие было признано одним из наиболее важных научных событий нашего времени (в 1961 году Мёссбауэр удостоен Нобелевской премии).
Сегодня эффект Мёссбауэра обнаружен уже на нескольких десятках элементов, но история науки навсегда связала открытие этого важнейшего физического явления с героем нашего рассказа - иридием.
"МОЛОДАЯ ЗЕЛЕНАЯ ВЕТВЬ" (ТАЛЛИЙ)
Кто ищет, тот всегда найдет. - "Эврика!" - Находка в пыли. - Когда распускаются ветви. - Плата за опоздание. - Химия и духи. - Именем Авиценны. Лавры утконоса. - Гроза грызунов. - Темной ночью. - Драгоценные камни? Вспышки в кристаллах. - Хорошая репутация. - Одно "но". - Диагноз ставит Агата Кристи. - Водой не разольешь. - Непременное условие. - Огни большого города. Выбор "компаньонов". - Ценная лепта. - Был лютый мороз. - Статус-кво. - Как рукой. - Легче не будет? - В медузах и свекле. - Слово за таллием.
"Кто ищет, тот всегда найдет"- поется в популярной песне. Так это или нет, но на протяжении тысячелетий люди пребывают в постоянном поиске. Одни ищут клады, другие - приключения, третьи - пути в незнаемое. И кое-кто действительно что-то находит. Вспомним хотя бы великого Архимеда. Гениальное решение задачи о соотношении золота и серебра в короне царя Гиерона пришло к ученому в тот момент, когда он ложился в ванну. Забыв обо всем на свете, раздетый Архимед выбежал на улицу с криком "эврика!" (по-гречески "нашел!"), хотя со стороны могло показаться, что он, напротив, все потерял.
Бывали и такие случаи, когда вместо драгоценных металлов искатель клада "находил" несколько граммов свинца, а вместе с ними - и вечный покой. А вот Колумбу хоть и не удалось отыскать кратчайший морской путь из Европы в Индию, но зато посчастливилось обнаружить неизвестные земли американского континента. Нечто подобное произошло в 1861 году с английским ученым Уильямом Круксом. В 50-х годах прошлого века Крукс, тогда еще молодой химик, занимался исследованием пылевидных отходов сернокислотного производства, полагая, что в них должен присутствовать теллур. Однако многочисленные химические операции так и не принесли желаемого результата, и ученый потерял интерес к этой работе. Отходы долгое время лежали без дела в его лаборатории, пока открытие спектрального анализа не побудило Крукса вспомнить о них. Новый метод не требовал таких больших затрат труда, как химический, и не воспользоваться им было просто грех.
Каково же было изумление ученого, когда вместо ожидаемой линии теллура он увидел в спектре красивую ярко-зеленую полоску, которая не могла принадлежать ни одному известному элементу. Крукс понял, что ему удалось раскрыть еще одну тайну природы. А поскольку дело происходило весной и на деревьях уже появились свежие побеги, новый элемент был тут же "окрещен" таллием: в переводе с греческого "таллос" означает "молодая зеленая ветвь". Любопытно, что почти так же звучит и другое греческое слово, которое переводится как "выскочка". И хоть это совпадение случайно, оно не лишено смысла: ведь таллий и в самом деле можно считать "выскочкой": его не искали, он сам взял да и заявил о своем существовании.
Почти одновременно с Круксом, спустя лишь несколько месяцев, этот же элемент был обнаружен и французским химиком Лами; он нашел его тоже в отходах сернокислотного производства и тоже спектральным анализом. И хотя Лами даже удалось выделить 14 граммов металлического таллия и определить некоторые его свойства, приоритет открытия остался за английским ученым. Впоследствии Крукс внес немалый вклад в развитие химии и физики (парадоксально, что при этом он был убежденным сторонником спиритизма и много времени уделял вызыванию духов), а на склоне лет возглавил Лондонское королевское общество, но своим первым научным успехом он обязан открытому им в 1861 году металлу.
То, что таллий был впервые обнаружен с помощью спектроскопа, вполне закономерно: в большинстве минералов этот рассеянный элемент присутствует в столь малых количествах, что случайно напасть на его след химическим путем практически невозможно, благодаря же необыкновенно высокой чувствительности спектрального метода это произошло нежданно-негаданно. Общее содержание таллия в земной коре не так уж мало-0,0003% (природные запасы, например, золота или платины намного меньше). А вот собственные минералы элемента можно пересчитать по пальцам: лорандит, гутчинсонит, урбаит, крукезит, авиценнит; последний, представляющий собой почти чистую окись таллия, был найден в 1956 году на территории Узбекской ССР и назван в честь великого врача и философа древности Авиценны (правильнее Абу Али Ибн Сины). В природе эти минералы встречаются столь редко, что о промышленном использовании их в качестве таллиевого сырья не может быть и речи. А получают этот металл как попутный продукт при производстве свинца, цинка и ряда других элементов.
Более полувека после открытия таллий представлял интерес лишь как объект научных исследований. Ученые, изучавшие свойства этого металла, нашли в его поведении немало странностей. По внешним данным, плотности, твердости, температуре плавления и другим физическим свойствам он весьма сходен со свинцом - своим соседом справа по периодической системе (их "владения" располагаются под номерами 81 и 82). Что же касается химических наклонностей, то в этом отношении таллий кое в чем подобен щелочным металлам - натрию и калию, а кое в чем - серебру.
Как представитель третьей группы таллий должен проявлять в основном валентность, равную трем, а он предпочитает выступать в роли одновалентного металла, что характерно для щелочных элементов. Впрочем, в некоторые комплексные соединения одновременно входят и одновалентный и трехвалентный таллий: первый - в роли катиона, второй - как компонент комплексного аниона. Не случайно известный французский химик прошлого столетия Ж. Б. А. Дюма так отзывался об элементе No 81: "Не будет преувеличением, если с точки зрения принятой классификации металлов мы скажем, что таллий объединяет в себе противоположные свойства, которые позволяют называть его парадоксальным металлом". А чтобы наглядно проиллюстрировать свою мысль, Дюма даже заявил, что таллий занимает такое же место среди металлов, какое утконос - среди животных. Этот странный зверек - млекопитающее, однако подобно земноводным и птицам откладывает яйца; да и внешний вид его своеобразен: он покрыт шерстью, но имеет утиный клюв и перепонки на лапах.
По мере того как накапливались сведения о свойствах таллия и его соединений, начали намечаться и пути его практического применения. Первая запись в "трудовую книжку" этого элемента была сделана в 1920 году, когда в Германии запатентовали яд против грызунов и некоторых насекомых, содержащий сульфат таллия. Лиха беда начало. В том же году было замечено, что оксисульфид таллия - так называемый таллофид - под действием света меняет свою электропроводность, особенно чутко реагируя на инфракрасные лучи. Вскоре уже были созданы таллофидные фотоэлементы, для которых быстро нашлись подходящие "места службы": в устройствах для сигнализации в темноте или густом тумане, в инфракрасных прожекторах, указывающих летчику место посадки на затемненном аэродроме, в системах для отыскания в ночных условиях объектов, излучающих тепло, в приборах для измерения радиации звезд, в фотоэкспонометрах, применяемых при съемках в инфракрасных лучах. На необычайно высокой способности пропускать эти лучи основано использование в технике и других соединений таллия-бромида и иодида. Из монокристаллов этих солей изготовляют линзы, окна, призмы, кюветы для оптических приборов, работающих в инфракрасной области спектра (приборы военного назначения, спектроскопы, микроскопы). Соли таллия входят в состав специальных стекол - желтых, зеленых, оранжевых - с очень большим коэффициентом преломления (они могут имитировать драгоценные камни), а также черных непрозрачных стекол.
В современной технике широко применяются сцинтилляционные счетчики приборы для обнаружения и измерения радиоактивных излучений. "Сердцем" такого прибора служат люминесцентные кристаллы, или кристаллофосфоры. Когда на кристалл попадают бета-частицы или гамма-кванты, в этом месте возникает световая вспышка. С помощью фотоэлемента свет преобразуется в электрический ток. Чем интенсивнее радиоактивные лучи, тем ярче вспышка и тем больше сила возникшего тока. В роли кристаллофосфоров успешно выступают галогениды щелочных металлов. Но чтобы повысить "к.п.д." этих соединений, к ним обязательно добавляют так называемые активаторы, которые и создают в кристаллах центры свечения. В кристаллофосфоры, предназначенные для несения сцинтилляционной "службы", в качестве активатора входит таллий.
В химической промышленности таллий, его окислы и сульфиды пользуются хорошей репутацией как эффективные катализаторы различных органических реакций (восстановления нитробензола водородом, окисления газообразного анилина). Некоторые соединения этого элемента оказывают заметное антидетонирующее действие на топливо для двигателей.
Ели бы не одно "но", таллий и его соли, видимо, нашли бы широкое применение в медицине, где они не без успеха выполняли определенные функции. Этим "но" оказалась очень высокая токсичность как самого металла, так и многих его соединений. Поскольку в ряде случаев необходимая терапевтическая доза оказывается близкой к опасной, поле деятельности этого элемента ограничено: ему приходится довольствоваться удалением волос при стригущем лишае (соли таллия приводят к временному облысению) да кое-какими другими мелкими "поручениями".
Несколько лет назад в лондонском аэропорту приземлился самолет, который доставил в английскую столицу тяжело больную полуторагодовалую девочку из Катара - небольшого арабского государства в районе Персидского залива. С каждым днем у ребенка росло кровяное давление, все труднее становилось дыхание. Поскольку врачи в Катаре не смогли поставить диагноз заболевания, полет в Лондон стал последней надеждой для несчастных родителей.
Но когда девочку привезли в одну из лондонских больниц, оказалось, что даже высококвалифицированные столичные врачи не знакомы с симптомами этого странного заболевания. Несколько часов длился консилиум лучших специалистов, однако прийти к какому-либо заключению не удалось. А тем временем состояние девочки становилось угрожающим, сознание почти не возвращалось к ней. И вот, когда казалось, что ничто не может спасти жизнь ребенка, в спор врачей у постели больной вмешалась медицинская сестра, ухаживавшая за ней. Девушка уверенно заявила, что организм ребенка отравлен таллием. На чем же был основан такой смелый диагноз? Медсестра пояснила, что совсем недавно она прочитала детектив Агаты Кристи "Соловая лошадь", где описывается отравление таллием: симптомы болезни маленькой пациентки больницы удивительно совпадали с тем, что происходит на страницах книги. Врачи решили проверить эту версию, однако в клинике не оказалось нужных приборов и реактивов. На помощь медикам пришел... Скотланд-Ярд, который по счастливому совпадению незадолго до этого расследовал убийство с применением таллия. В лаборатории криминалистики нашлись требуемые химикалии и аппаратура. Диагноз подтвердился: выяснилось, что родители девочки применяли дома для борьбы с крысами и тараканами химические средства, содержащие соли таллия. Врачи назначили соответствующее лечение, и вскоре ребенок был вне опасности.
Как видите, включение таллия в "рацион" приводит к нежелательным последствиям. Использование же этого металла и его соединений по назначению приносит немалую пользу.
В природе многие минералы так хорошо уживаются друг с другом, что их, как говорится, водой не разольешь. Водой действительно их разделить трудновато, а вот органические соединения таллия позволяют это сделать без особых хлопот. Раствор муравьинокислого и малоновокислого таллия (жидкость Клеричи) характеризуется большой плотностью - более 4 г/см3. Если этой тяжелой жидкостью обработать смесь минералов, одни из них - легкие - всплывут на поверхность, другие - осядут на дно. Таким способом не только разделяют минералы, но и определяют их плотность.
Казалось бы, совсем недавно вошли в нашу жизнь полупроводники, а сегодня уже невозможно представить себе современную технику без этих замечательных материалов, которые способны поистине творить чудеса. Миниатюрные приборы простые, надежные, удобные в обслуживании - решают самые разнообразные сложнейшие задачи. Известно много веществ с полупроводниковыми свойствами. Особое место среди них занимают так называемые стеклообразные полупроводники, в состав которых, наряду с мышьяком, сурьмой, серой, селеном и теллуром (в разных сочетаниях), непременно входит таллий.
Весьма перспективны прочные и износостойкие иридиевые покрытия. Сегодня их применяют реже, чем, скажем, платиновые, палладиевые, родиевые. Это объясняется, пожалуй, прежде всего технологическими трудностями, возникающими при нанесении иридия на другие металлы. Иридиевое покрытие можно получить электролитическим путем из расплавленных цианидов калия и натрия при 600°С. Несколько проще другой способ-плакирование. В этом случае на тот или иной металл накладывают тонкий слой иридия, а затем образовавшийся "бутерброд" попадает под горячий пресс, в результате чего покрытие прочно прилипает к основному металлу. Сходным способом изготовляют и иридированную проволоку: на заготовку из вольфрама или молибдена надевают "рубашку" - иридиевую трубку и горячей ковкой с последующим волочением получают биметаллическую проволоку нужной толщины. Такая проволока служит для производства управляющих сеток в электронных лампах.
Разработан и химический способ нанесения иридиевых покрытий на металлы и керамику. При этом на поверхность изделия наносят раствор комплексной соли иридия, например с фенолом или другим органическим соединением, и в контролируемой атмосфере нагревают изделие до 350 - 400°С: органическое вещество улетучивается, а слой иридия остается.
В чистом виде либо в союзе с другими металлами иридий находит применение в химической промышленности: иридиево-никелевые катализаторы помогают получать пропилен из ацетилена и метана; платиновые катализаторы, в состав которых входит иридий, ускоряют реакцию образования окислов азота в процессе получения азотной кислоты.
Очень красивы и разнообразны по цвету соли иридия. Практической пользы эта красота пока не приносит, но зато именно ей элемент обязан своим названием. В 1804 году английский химик Смитсон Теннант, исследуя черный порошок, остающийся после растворения самородной платины в царской водке, открыл в нем два новых элемента. Соли одного из них были окрашены буквально во все цвета радуги. Теннанту не пришлось долго ломать голову в поисках подходящего для него имени: элемент был назван иридием, так как по-гречески "ириоэйдес" радужный.
Судьбы платиновых металлов переплелись настолько тесно, что рассказ об одном из них немыслим без упоминания о других. В 1840 году профессор Казанского университета К. К. Клаус заинтересовался проблемами переработки уральской платиновой руды. По его просьбе петербургский Монетный двор прислал ему пробы платиновых остатков - нерастворимого осадка, образующегося после обработки сырой платины царской водкой. "При самом начале работы, - писал позднее ученый, - я был удивлен богатством моего остатка, ибо извлек из него, кроме 10% платины, немалое количество иридия, родия, осмия, несколько палладия и смесь различных металлов особенного содержания..."
Если в первое время Клаус ставил перед собой лишь чисто практическую цель - найти способ переработки остатков платиновой руды в платину, то уже вскоре эти исследования приобрели более глубокий научный характер и полностью захватили ученого. "Два полных года, - вспоминал Клаус, - я кряхтел над этим с раннего утра до поздней ночи, жил только в лаборатории, там обедал и пил чай, и при этом стал ужасным эмпириком". Последнее утверждение имело вполне конкретный смысл: по словам А. М. Бутлерова - ученика Клауса, тот "имел привычку... при растворении платиновых руд в царской водке мешать жидкость прямо всеми пятью пальцами и определял крепость непрореагировавших кислот на вкус". Впрочем, это было свойственно не только Клаусу, но и другим химикам старой школы, которые, получив какое-либо вещество, всегда "дегустировали" его (до середины XIX века при описании свойств вещества необходимо было указать и его вкус), подвергая себя большой опасности: так, знаменитый шведский ученый Карл Шееле погиб, попробовав на вкус полученную им безводную синильную кислоту.
Труды Клауса увенчались успехом: способ переработки платиновых остатков был найден, и теперь ученому предстояло ехать в Петербург, чтобы сообщить об этом министру финансов Е. Ф. Канкрину, заинтересованному в удачном решении проблемы. Для поездки в столицу Клаус вынужден был занять 90 рублей у одного из своих друзей (вернуть долг ученый смог лишь спустя несколько лет, когда приобрел всемирную известность). По приезде в Петербург Клаус был уже через два дня принят министром и добился от него санкции на получение необходимых для продолжения исследований материалов. Ему были выданы 1/2 фунта платиновых остатков и 1/4 фунта сырой платины.
Вернувшись в Казань, ученый вновь с головой окунулся в работу, которая продолжалась много лет и дала блестящие результаты. Важнейшим из них стало открытие в 1844 году неизвестного ранее химического элемента - последнего "русского члена платинового семейства". "Уже при первой работе, - писал Клаус, - я заметил присутствие нового тела, но сначала не нашел способа отделения его от примесей. Более целого года трудился я над этим предметом, но наконец открыл легкий и верный способ добывания его в чистом состоянии. Этот новый металл, который назван мною рутением в честь нашего отечества (от латинского названия России - С. В.), принадлежит без сомнения к телам весьма любопытным".
Но открытие Клауса не сразу получило признание. Первые пробы соединений нового элемента ученый послал в Стокгольм Й.Я. Берцелиусу, пользовавшемуся огромным авторитетом у всех химиков. Каково же было разочарование Клауса, когда он узнал, что, по мнению этого маститого ученого, присланное ему вещество не содержит новый элемент, а представляет собой плохо очищенное соединение иридия. Убежденный в своей правоте Клаус снова и снова проводил опыты, забывая порой об элементарных мерах защиты. Правда, спустя несколько лет ученый предупреждал своих коллег: "При работе с осмиевым иридием надобно остерегаться от паров осмиевой кислоты. Это весьма летучее вещество принадлежит к самым вредным телам и действует преимущественно на легкие и на глаза, производя сильные воспаления. Я много терпел от нее". Слишком велико было желание Клауса убедить научный мир в том, что действительно открыт новый элемент, и он, наконец, сумел это сделать. Препараты соединений рутения опять были посланы Берцелиусу, и тот, проведя тщательные исследования, понял, что прежде ошибался в своих выводах. "Примите мои искренние поздравления с превосходными открытиями и изящной их обработкой, - писал он Клаусу, благодаря им Ваше имя будет неизгладимо начертано в истории химии".
Итогом напряженной работы Клауса стал опубликованный в 1845 году труд "Химическое исследование остатков уральской платиновой руды и металла рутения", в котором впервые были всесторонне описаны и свойства иридия, причем сам Клаус отмечал, что иридием он занимался больше, чем другими металлами платиновой группы. Рекомендации ученого стали научной базой для создания технологии получения иридия и других платиноидов. В наше время чистый иридий выделяют из самородного осмиридия и из остатков платиновых руд, но прежде из них, действуя различными реагентами, извлекают платину, осмий, палладий и рутений и лишь после этого наступает очередь иридия. Полученный при этом порошок либо прессуют в полуфабрикаты и сплавляют, либо переплавляют в электрических печах в атмосфере аргона. При обычной температуре иридий хрупок и не поддается никакой обработке, но в горячем состоянии он более "сговорчив" и позволяет себя ковать.
Природа бедна иридием: земные запасы его не превышают миллионных долей процента. Во всех странах мира за год производится не более тонны этого металла. Но интерес ученых к нему не ослабевает. Все новые и новые области применения находят, в частности, радиоактивные изотопы иридия. Так, недавно специалисты центра атомных исследований в Кадараше (Франция) разработали гамматрон - чуткий прибор, позволяющий бдительно следить за состоянием мостов, плотин и других сооружений из железобетона: под действием гамма-лучей радиоактивного иридия-192 на стеклянной пластинке, покрытой светочувствительным слоем, появляется четкое изображение "внутренностей" контролируемых узлов и деталей. С помощью подобных дефектоскопов проверяют качество металлических изделий и сварных швов: на фотопленке фиксируются все пустоты, непроваренные места и инородные включения. В доменном производстве малогабаритные контейнеры с тем же изотопом иридия служат для контроля уровня материалов в печи. Поскольку часть испускаемых гамма-лучей поглощается шихтой, по степени ослабления потока можно достаточно точно определить, какое расстояние лучам пришлось "пробираться" сквозь шихту, т. е. выяснить ее уровень.
Кстати, об изотопах. Помимо уже известного вам иридия-192, имеется еще 14 радиоактивных изотопов этого элемента с массовыми числами от 182 до 198. У самого тяжелого изотопа - самая короткая жизнь: его период полураспада меньше минуты. Любопытно, что период полураспада иридия-183 - ровно час. Стабильных же изотопов у элемента всего два - иридий-191 и иридий-193. На долю более "весомого" из них в природной смеси приходится примерно 62 % атомов.
С изотопом иридия связано открытие так называемого эффекта Мёссбауэра, на котором основаны поразительно точные методы измерения малых величин и слабых явлений, широко применяемые в физике, химии, биологии, геологии. Этот эффект (или, выражаясь строго научно, резонансное ядерное поглощение гамма-квантов в твердых телах без отдачи) был обнаружен молодым физиком из ФРГ Рудольфом Мёссбауэром в 1958 году. За несколько лет до этого, когда учеба в Высшем техническом училище в Мюнхене подходила к концу, он стал подыскивать тему для дипломной работы. Один из профессоров любезно предложил студенту длинный перечень тем. Как вспоминает сам Мёссбауэр, ни одна из них не пришлась ему по вкусу, кроме последней (кстати, тринадцатой по счету), главное достоинство которой, по мнению будущего физика, заключалось в том, что он не имел о ней ни малейшего представления. Речь шла о резонансном поглощении гамма-квантов атомными ядрами. "Самым главным, - вспоминает физик, - было то, что меня ткнули носом в это дело".
И "это дело" пошло на лад. Сначала был защищен диплом, спустя два года пришел черед диссертации, а еще через год состоялось открытие. Работая в Гейдельберге, в Институте медицинских исследований имени Макса Планка, ученый продолжал заниматься резонансным поглощением. Специальным счетчиком он определял число гамма-квантов, прошедших через металлический иридий, точнее, через один из его изотопов; источниками этих гамма-квантов были возбужденные атомные ядра того же самого изотопа. Ядра, пребывающие в обычном состоянии, могут также "возбудиться", но для этого они должны, поглотив гамма-квант, получить такое количество энергии, которое в точности соответствует разности между энергиями ядра в возбужденном и основном состояниях (это поглощение и называется резонансным). Обычно же энергия гамма-квантов оказывается чуть меньше, чем нужно, так как часть ее теряется при испускании на отдачу испускающего ядра (нечто подобное происходит, например, при выстреле из пушки или ружья).
Чтобы устранить некоторые побочные процессы, способные исказить результаты опытов, Мёссбауэр решил охладить иридий до температуры жидкого азота. При этом он полагал, что из-за уменьшения скорости движения ядер резонансное поглощение уменьшится, а число прошедших через иридий гамма-квантов соответственно возрастет (того же мнения придерживались и другие физики). К удивлению экспериментатора все оказалось наоборот. В чем же причина?
Ученый делает вывод: в твердых телах при достаточно низкой температуре отдачу воспринимает не отдельное ядро, а все вещество в целом, и поэтому потери энергии на отдачу исчезающе малы, т. е. энергия гамма-кванта точно равна разности энергии ядра в возбужденном и основном состояниях. Это открытие было признано одним из наиболее важных научных событий нашего времени (в 1961 году Мёссбауэр удостоен Нобелевской премии).
Сегодня эффект Мёссбауэра обнаружен уже на нескольких десятках элементов, но история науки навсегда связала открытие этого важнейшего физического явления с героем нашего рассказа - иридием.
"МОЛОДАЯ ЗЕЛЕНАЯ ВЕТВЬ" (ТАЛЛИЙ)
Кто ищет, тот всегда найдет. - "Эврика!" - Находка в пыли. - Когда распускаются ветви. - Плата за опоздание. - Химия и духи. - Именем Авиценны. Лавры утконоса. - Гроза грызунов. - Темной ночью. - Драгоценные камни? Вспышки в кристаллах. - Хорошая репутация. - Одно "но". - Диагноз ставит Агата Кристи. - Водой не разольешь. - Непременное условие. - Огни большого города. Выбор "компаньонов". - Ценная лепта. - Был лютый мороз. - Статус-кво. - Как рукой. - Легче не будет? - В медузах и свекле. - Слово за таллием.
"Кто ищет, тот всегда найдет"- поется в популярной песне. Так это или нет, но на протяжении тысячелетий люди пребывают в постоянном поиске. Одни ищут клады, другие - приключения, третьи - пути в незнаемое. И кое-кто действительно что-то находит. Вспомним хотя бы великого Архимеда. Гениальное решение задачи о соотношении золота и серебра в короне царя Гиерона пришло к ученому в тот момент, когда он ложился в ванну. Забыв обо всем на свете, раздетый Архимед выбежал на улицу с криком "эврика!" (по-гречески "нашел!"), хотя со стороны могло показаться, что он, напротив, все потерял.
Бывали и такие случаи, когда вместо драгоценных металлов искатель клада "находил" несколько граммов свинца, а вместе с ними - и вечный покой. А вот Колумбу хоть и не удалось отыскать кратчайший морской путь из Европы в Индию, но зато посчастливилось обнаружить неизвестные земли американского континента. Нечто подобное произошло в 1861 году с английским ученым Уильямом Круксом. В 50-х годах прошлого века Крукс, тогда еще молодой химик, занимался исследованием пылевидных отходов сернокислотного производства, полагая, что в них должен присутствовать теллур. Однако многочисленные химические операции так и не принесли желаемого результата, и ученый потерял интерес к этой работе. Отходы долгое время лежали без дела в его лаборатории, пока открытие спектрального анализа не побудило Крукса вспомнить о них. Новый метод не требовал таких больших затрат труда, как химический, и не воспользоваться им было просто грех.
Каково же было изумление ученого, когда вместо ожидаемой линии теллура он увидел в спектре красивую ярко-зеленую полоску, которая не могла принадлежать ни одному известному элементу. Крукс понял, что ему удалось раскрыть еще одну тайну природы. А поскольку дело происходило весной и на деревьях уже появились свежие побеги, новый элемент был тут же "окрещен" таллием: в переводе с греческого "таллос" означает "молодая зеленая ветвь". Любопытно, что почти так же звучит и другое греческое слово, которое переводится как "выскочка". И хоть это совпадение случайно, оно не лишено смысла: ведь таллий и в самом деле можно считать "выскочкой": его не искали, он сам взял да и заявил о своем существовании.
Почти одновременно с Круксом, спустя лишь несколько месяцев, этот же элемент был обнаружен и французским химиком Лами; он нашел его тоже в отходах сернокислотного производства и тоже спектральным анализом. И хотя Лами даже удалось выделить 14 граммов металлического таллия и определить некоторые его свойства, приоритет открытия остался за английским ученым. Впоследствии Крукс внес немалый вклад в развитие химии и физики (парадоксально, что при этом он был убежденным сторонником спиритизма и много времени уделял вызыванию духов), а на склоне лет возглавил Лондонское королевское общество, но своим первым научным успехом он обязан открытому им в 1861 году металлу.
То, что таллий был впервые обнаружен с помощью спектроскопа, вполне закономерно: в большинстве минералов этот рассеянный элемент присутствует в столь малых количествах, что случайно напасть на его след химическим путем практически невозможно, благодаря же необыкновенно высокой чувствительности спектрального метода это произошло нежданно-негаданно. Общее содержание таллия в земной коре не так уж мало-0,0003% (природные запасы, например, золота или платины намного меньше). А вот собственные минералы элемента можно пересчитать по пальцам: лорандит, гутчинсонит, урбаит, крукезит, авиценнит; последний, представляющий собой почти чистую окись таллия, был найден в 1956 году на территории Узбекской ССР и назван в честь великого врача и философа древности Авиценны (правильнее Абу Али Ибн Сины). В природе эти минералы встречаются столь редко, что о промышленном использовании их в качестве таллиевого сырья не может быть и речи. А получают этот металл как попутный продукт при производстве свинца, цинка и ряда других элементов.
Более полувека после открытия таллий представлял интерес лишь как объект научных исследований. Ученые, изучавшие свойства этого металла, нашли в его поведении немало странностей. По внешним данным, плотности, твердости, температуре плавления и другим физическим свойствам он весьма сходен со свинцом - своим соседом справа по периодической системе (их "владения" располагаются под номерами 81 и 82). Что же касается химических наклонностей, то в этом отношении таллий кое в чем подобен щелочным металлам - натрию и калию, а кое в чем - серебру.
Как представитель третьей группы таллий должен проявлять в основном валентность, равную трем, а он предпочитает выступать в роли одновалентного металла, что характерно для щелочных элементов. Впрочем, в некоторые комплексные соединения одновременно входят и одновалентный и трехвалентный таллий: первый - в роли катиона, второй - как компонент комплексного аниона. Не случайно известный французский химик прошлого столетия Ж. Б. А. Дюма так отзывался об элементе No 81: "Не будет преувеличением, если с точки зрения принятой классификации металлов мы скажем, что таллий объединяет в себе противоположные свойства, которые позволяют называть его парадоксальным металлом". А чтобы наглядно проиллюстрировать свою мысль, Дюма даже заявил, что таллий занимает такое же место среди металлов, какое утконос - среди животных. Этот странный зверек - млекопитающее, однако подобно земноводным и птицам откладывает яйца; да и внешний вид его своеобразен: он покрыт шерстью, но имеет утиный клюв и перепонки на лапах.
По мере того как накапливались сведения о свойствах таллия и его соединений, начали намечаться и пути его практического применения. Первая запись в "трудовую книжку" этого элемента была сделана в 1920 году, когда в Германии запатентовали яд против грызунов и некоторых насекомых, содержащий сульфат таллия. Лиха беда начало. В том же году было замечено, что оксисульфид таллия - так называемый таллофид - под действием света меняет свою электропроводность, особенно чутко реагируя на инфракрасные лучи. Вскоре уже были созданы таллофидные фотоэлементы, для которых быстро нашлись подходящие "места службы": в устройствах для сигнализации в темноте или густом тумане, в инфракрасных прожекторах, указывающих летчику место посадки на затемненном аэродроме, в системах для отыскания в ночных условиях объектов, излучающих тепло, в приборах для измерения радиации звезд, в фотоэкспонометрах, применяемых при съемках в инфракрасных лучах. На необычайно высокой способности пропускать эти лучи основано использование в технике и других соединений таллия-бромида и иодида. Из монокристаллов этих солей изготовляют линзы, окна, призмы, кюветы для оптических приборов, работающих в инфракрасной области спектра (приборы военного назначения, спектроскопы, микроскопы). Соли таллия входят в состав специальных стекол - желтых, зеленых, оранжевых - с очень большим коэффициентом преломления (они могут имитировать драгоценные камни), а также черных непрозрачных стекол.
В современной технике широко применяются сцинтилляционные счетчики приборы для обнаружения и измерения радиоактивных излучений. "Сердцем" такого прибора служат люминесцентные кристаллы, или кристаллофосфоры. Когда на кристалл попадают бета-частицы или гамма-кванты, в этом месте возникает световая вспышка. С помощью фотоэлемента свет преобразуется в электрический ток. Чем интенсивнее радиоактивные лучи, тем ярче вспышка и тем больше сила возникшего тока. В роли кристаллофосфоров успешно выступают галогениды щелочных металлов. Но чтобы повысить "к.п.д." этих соединений, к ним обязательно добавляют так называемые активаторы, которые и создают в кристаллах центры свечения. В кристаллофосфоры, предназначенные для несения сцинтилляционной "службы", в качестве активатора входит таллий.
В химической промышленности таллий, его окислы и сульфиды пользуются хорошей репутацией как эффективные катализаторы различных органических реакций (восстановления нитробензола водородом, окисления газообразного анилина). Некоторые соединения этого элемента оказывают заметное антидетонирующее действие на топливо для двигателей.
Ели бы не одно "но", таллий и его соли, видимо, нашли бы широкое применение в медицине, где они не без успеха выполняли определенные функции. Этим "но" оказалась очень высокая токсичность как самого металла, так и многих его соединений. Поскольку в ряде случаев необходимая терапевтическая доза оказывается близкой к опасной, поле деятельности этого элемента ограничено: ему приходится довольствоваться удалением волос при стригущем лишае (соли таллия приводят к временному облысению) да кое-какими другими мелкими "поручениями".
Несколько лет назад в лондонском аэропорту приземлился самолет, который доставил в английскую столицу тяжело больную полуторагодовалую девочку из Катара - небольшого арабского государства в районе Персидского залива. С каждым днем у ребенка росло кровяное давление, все труднее становилось дыхание. Поскольку врачи в Катаре не смогли поставить диагноз заболевания, полет в Лондон стал последней надеждой для несчастных родителей.
Но когда девочку привезли в одну из лондонских больниц, оказалось, что даже высококвалифицированные столичные врачи не знакомы с симптомами этого странного заболевания. Несколько часов длился консилиум лучших специалистов, однако прийти к какому-либо заключению не удалось. А тем временем состояние девочки становилось угрожающим, сознание почти не возвращалось к ней. И вот, когда казалось, что ничто не может спасти жизнь ребенка, в спор врачей у постели больной вмешалась медицинская сестра, ухаживавшая за ней. Девушка уверенно заявила, что организм ребенка отравлен таллием. На чем же был основан такой смелый диагноз? Медсестра пояснила, что совсем недавно она прочитала детектив Агаты Кристи "Соловая лошадь", где описывается отравление таллием: симптомы болезни маленькой пациентки больницы удивительно совпадали с тем, что происходит на страницах книги. Врачи решили проверить эту версию, однако в клинике не оказалось нужных приборов и реактивов. На помощь медикам пришел... Скотланд-Ярд, который по счастливому совпадению незадолго до этого расследовал убийство с применением таллия. В лаборатории криминалистики нашлись требуемые химикалии и аппаратура. Диагноз подтвердился: выяснилось, что родители девочки применяли дома для борьбы с крысами и тараканами химические средства, содержащие соли таллия. Врачи назначили соответствующее лечение, и вскоре ребенок был вне опасности.
Как видите, включение таллия в "рацион" приводит к нежелательным последствиям. Использование же этого металла и его соединений по назначению приносит немалую пользу.
В природе многие минералы так хорошо уживаются друг с другом, что их, как говорится, водой не разольешь. Водой действительно их разделить трудновато, а вот органические соединения таллия позволяют это сделать без особых хлопот. Раствор муравьинокислого и малоновокислого таллия (жидкость Клеричи) характеризуется большой плотностью - более 4 г/см3. Если этой тяжелой жидкостью обработать смесь минералов, одни из них - легкие - всплывут на поверхность, другие - осядут на дно. Таким способом не только разделяют минералы, но и определяют их плотность.
Казалось бы, совсем недавно вошли в нашу жизнь полупроводники, а сегодня уже невозможно представить себе современную технику без этих замечательных материалов, которые способны поистине творить чудеса. Миниатюрные приборы простые, надежные, удобные в обслуживании - решают самые разнообразные сложнейшие задачи. Известно много веществ с полупроводниковыми свойствами. Особое место среди них занимают так называемые стеклообразные полупроводники, в состав которых, наряду с мышьяком, сурьмой, серой, селеном и теллуром (в разных сочетаниях), непременно входит таллий.