Кроме производства ювелирных изделий и монет золото применяется в электротехнике.
Серебро, несмотря на то что встречается в природе в 15–20 раз чаще золота, значительно реже находится в виде самородков. Помимо того, серебряные самородки покрыты черным налетом сульфида. Все это обусловило более позднее открытие серебра человеком. По этой причине поначалу оно было более редким и ценным, чем золото.
Широкие разработки серебра началось, когда его стали добывать из руд, где встречались серебро и свинец.
В течение длительного времени из серебра делали украшения – бусы, кольца, вазы, сосуды. Из серебра, как и из золота, изготавливали тонкие листы и фольгу, которыми покрывались деревянные предметы. Позднее серебро использовалось для чеканки монет.
Люди знали об антисептических свойствах серебра – вода, налитая в серебряные сосуды, обеззараживалась от болезнетворных микробов.
В XIX–XX вв. соли серебра стали применяться для изготовления светочувствительного слоя фото– и кинопленки.
Свинец сначала добывали, выплавляя руду на костре в неглубокой яме, на дно которой стекал расплавленный металл. Сырьем для получения свинца служил минерал галенит или свинцовый блеск. Его применяли для очистки золота. Высокая пластичность металла не позволяла использовать его самостоятельно. Из свинца и его сплавов с оловом и сурьмой отливали фигурки, рыболовные грузила, кольца, бусы, украшения, пробки, посуду, водопроводные трубы, саркофаги. Свинцом заполняли полости бронзовых статуэток и гири для весов. Основное применение свинца в древности – закупоривание сосудов.
Растертый в пудру свинцовый блеск применялся на Востоке для подведения глаз. В Египте соединения свинца применялись для окрашивания стекол в желтый цвет.
В Средние века низкая температура плавления (327 °C) позволяла отливать из свинца пули для ружей и пистолетов.
В наши дни свинец применяется в производстве аккумуляторов, из него делают оболочки кабелей. Свойство свинца поглощать рентгеновские и радиоактивные лучи используется для защиты от излучения.
Олово впервые было получено из природной двуокиси – касситерита – путем выплавки с древесным углем. О получении бронзы путем добавления к меди олова было рассказано выше. Хорошие литейные свойства олова позволили изготавливать из него посуду, а начиная с XVIII в. – популярных до сих пор оловянных солдатиков. С появлением консервов олово стали применять для покрытия жести, из которой делают консервные банки. В электротехнике оловянные припои применяют для пайки проводов.
Существуют две модификации олова: α– и β-олово. При комнатной температуре существует β-олово. Это белое вещество. При температуре ниже 13 °C более устойчиво α-олово – серый мелкокристаллический порошок. Процесс превращения белого олова в серое проходит при температуре –33 °C. Оно получило название «оловянной чумы». Считается, что именно эта «болезнь» послужила причиной гибели полярной экспедиции экспедиции Р. Скотта к Южному полюсу. Путешественники остались без горючего, просочившегося через пораженные «чумой» швы баков.
Третий из металлов, считающихся драгоценными, – платина, был открыт на несколько тысячелетий позже золота и серебра. В переводе с испанского «платина» означает «серебришко». Так испанцы презрительно называли тяжелый белый нержавеющий металл, часто встречавшийся им на серебряных рудниках в Южной Америке.
Большое количество платины было вывезено в Испанию, где ее продавали по цене более низкой, чем серебро. Недобросовестные ювелиры примешивали ее к золоту и изготавливали из платины фальшивые монеты. Это привело к тому, что испанский король издал указ о запрете ввоза платины в страну и уничтожении всего оставшегося количества платины. Все запасы металла в Испании и колониях были утоплены в море.
В 1744 г. испанский морской офицер А. де Ульоа привез образцы платины в Лондон. Это вызвало интерес у ученых. В середине XVIII в. платина была признана самостоятельным металлом.
Похожая на серебро внешне и способностью не ржаветь, платина долгое время не поддавалась ни огню, ни молоту. Из-за высокой температуры плавления – (1769 °C) ее долго не могли расплавить. Температуру плавления металла снижали добавки мышьяка. Этот прием, в частности, использовал французский ювелир М.-Э. Жанетти, изготавливавший изделия из платины.
После введения метрической системы мер в конце XVIII в. во Франции из платины изготовляли эталоны метра и килограмма. Позже их стали делать из сплава платины и металла платиновой группы – иридия.
Русский ученый А. А. Мусин-Пушкин разработал и ввел новые методы аффинажа платины – металлургического процесса получения металла высокой степени чистоты путем отделения примесей. Схема аффинажа платины основывалась на растворении сырой (шлаковой) платины в «царской водке» – смеси азотной и соляной кислот – и на последовательном осаждении нашатырем платины из раствора.
В середине XIX в. в России были отчеканены монеты из платины.
Вплоть до Второй мировой войны большая часть добываемой платины шла на изготовление украшений. Сейчас около 90 % всей платины идет на научные и промышленные разработки. Из нее делают лабораторные приборы – тигли, чашки, термометры сопротивления и др. Около 50 % всей потребляемой платины идет на изготовление катализаторов – ускорителей химических реакций. Они применяются в производстве соляной кислоты и нефтехимической промышленности. Около 25 % платины расходуется в электро– и радиотехнике, автоматике и медицине. Кроме того, ее применяют как антикоррозионное покрытие.
Самый распространенный в природе металл – алюминий. Но в относительно чистом виде он был получен датским физиком Эрстедом лишь в 1825 г. Ученый писал в одном из научных журналов, что в результате его опытов «образовался кусок металла, цветом и блеском несколько похожий на олово». Это сообщение осталось почти незамеченным, да и сам Эрстед не придал своему открытию большого значения.
В 1827 г. к Эрстеду приехал молодой немецкий физик Ф. Велер. Вернувшись в Германию, он занялся проблемой получения алюминия и в конце 1827 г. опубликовал свой метод. Вначале ему удавалось получать алюминий в виде зерен небольшого размера. После 18 лет кропотливой работы Велер усовершенствовал свой способ, получая металл в виде компактной массы.
В то время алюминий ценился очень дорого. Так, из него были сделаны погремушки для будущего императора Франции Наполеона III. Именно он, уже будучи монархом, решил вызвать зависть у своих венценосных коллег. С этой целью он решил сделать из алюминия доспехи для солдат своей армии. Для осуществления проекта он предоставил неограниченные возможности ученому и промышленнику А.Э. Сент-Клер Девилю, чтобы тот разработал способ получения алюминия в больших количествах. Девиль положил в основу своих исследований метод Велера и разработал соответствующую технологию, внедрив ее на своем заводе.
Способ Девиля заключался в восстановлении двойного хлорида алюминия и натрия Na3AlCl6 металлическим натрием.
Чтобы прекратить спекуляции некоторых бонапартистских кругов о якобы французском приоритете открытия алюминия, Девиль отчеканил из алюминия медаль собственного производства с портретом Ф. Велера и датой «1827», послав ее в подарок немецкому ученому.
Несмотря на изобретение Девиля, алюминий ценился очень дорого. С 1855 по 1890 г. в мире было получено всего 200 тонн металла. Это было связано с тем, что в природных соединениях алюминий крепко связан с кислородом и другими элементами. Его можно получать методом электролиза расплава оксида алюминия – глинозема, но он плавится при температуре 2050 °C, что требует больших затрат энергии.
Техническое использование алюминия стало бы возможным, если бы удалось понизить температуру плавления оксида хотя бы до 1000 °C. Такой способ почти одновременно открыли в 1886 г. американец Ч. Холл и француз П. Эру. Они установили, что глинозем хорошо растворяется в расплавленном криолите – минерале AlF3-3NaF. Этот расплав подвергается электролизу при температуре 950 °C. Поскольку запасы криолита ограничены, позже было налажено производство синтетического криолита.
Чистый алюминий имеет сравнительно небольшую прочность, поэтому в конце XIX – начале XX в. велись поиски алюминиевого сплава, обладающего большой прочностью. В начале прошлого века немец А. Вильм получил сплав, содержавший, кроме алюминия, добавки меди, магния и марганца. Его прочность была выше, чем у алюминия. Чтобы еще больше ее повысить, Вильм решил подвергнуть металл закалке. С этой целью он нагрел несколько образцов сплава примерно до 600 °C и резко охладил их в воде. Прочность образцов была различной, и Вильм решил, что неисправен измерительный прибор. Несколько дней ученый настраивал его. Повторные измерения показали, что прочность возросла примерно вдвое. Следующие опыты показали, что закалка нового сплава в сочетании со старением значительно повышает прочность нового сплава.
Подобрав оптимальный состав сплава и разработав режим его термообработки, Вильм получил патент и продал его немецкой фирме. В 1911 г. эта фирма выпустила первую партию нового сплава, названного в честь города Дюрена, где находился завод по его производству, дюралюминием, или дуралюмином.
Новый сплав появился как нельзя кстати: в это время развивалась авиация, и с усовершенствованием конструкций самолетов появилась потребность в легком и прочном материале для изготовления корпусов самолетов. Первый цельнометаллический самолет появился в середине 20-х годов прошлого века. Но полностью вытеснил дерево в авиации алюминий лишь в 40-е годы.
Кроме авиации алюминий применяется в электротехнике, где, в силу своей относительной дешевизны и высокой электропроводности, успешно заменяет медь. Сверхчистый алюминий используют в производстве электрических конденсаторов и выпрямителей и для синтеза полупроводниковых соединений. Чистый алюминий используют и для производства различных отражателей, и для предохранения металлических поверхностей от коррозии.