Природа щедро наделила гипс самыми разнообразными свойствами, которые уже издавна служат человеку.
Гипсом широко пользуются в строительстве. Он идет на изготовление многочисленных архитектурных деталей и гипсовых вяжущих материалов.
Сульфат кальция находит применение и в хирургии: при самых сложных костных переломах с помощью гипсовых повязок фиксируют кости в нужном положении. Для этого пользуются жженым гипсом, потерявшим часть своей кристаллизационной воды. Если такой гипс снова смешать с водой, он быстро затвердевает, опять превращаясь в CaSO4·2H2O. На этом свойстве гипса и основано его применение в медицине и строительстве.
Некоторые разновидности гипса, такие, как алебастр и ангидрит, получили широкую известность в искусстве.
Бледно-желтый теплых оттенков алебастр оказался прекрасным материалом для ваяния. Этот мягкий прозрачный минерал очень податлив в руках опытных резчиков по камню. Тосканские мастера еще в XV веке создавали чудесные вазы и светильники из алебастра, используя его свойство пропускать световые лучи.
И если Апеннинские горы дали итальянским мастерам благодатный материал для создания прекрасных произведений искусства, то Уральские горы подарили нашей стране одну из чудеснейших разновидностей алебастра — нежно-розовый селенит. Это из него герои сказок Бажова создавали прекрасные изделия.
В качестве материала скульпторы пользуются и ангидритом — особой разновидностью гипса. Ангидрит бывает голубовато-серого, лунного оттенка. Он гораздо тверже гипса, и древние римляне употребляли его даже для изготовления колонн.
Природа дает щедрые месторождения гипса во всех странах. В СССР он распространен почти повсеместно: легче назвать области, где гипс не встречается.
На юге нашей страны, в Каспийском море, есть залив Кара-Богаз-Гол, что в переводе с туркменского означает «Черная пасть». Концентрация солей в этом заливе очень велика, настолько велика, что человек в нем утонуть не может. После купания в таком «рассоле» необходимо обмыться пресной водой, в противном случае на коже останется слой соли, которая может разъедать мельчайшие ссадины, имеющиеся на теле. Среди многих солей, находящихся в растворенном виде в воде залива, главное место принадлежит сульфату натрия, или мирабилиту.
Соль эта обладает многими ценными качествами. Недаром по-латыни она так и называется «sale mirabilis», что означает «чудесная соль».
В начале XVII века в Германии жил химик Иоганн Рудольф Глаубер. Будучи тяжело болен, Глаубер по совету знакомых стал пить воду одного источника и вылечился. Ученый заинтересовался составом воды. С этой целью Глаубер выпарил ее в чашке и получил длинные белые кристаллы какой-то соли.
Подобные кристаллы были впоследствии получены им действием серной кислоты на «кухонную», то есть поваренную, соль.
В память о своем излечении Глаубер назвал полученную им соль «чудесной солью», или мирабилитом. Однако чаще всего эту соль называют глауберовой. Химическая формула глауберовой соли — Na2SO4·10H2O.
Безводный сульфат натрия идет на изготовление стекла. Он служит источником для получения соды, серы, сульфата аммония, сернистого натрия, сернокислого калия и других веществ. Он находит применение и в бумажной промышленности.
Среди многочисленных солей морской воды видную роль играет сульфат магния, или MgSO4. Именно он и придает ей специфический горько-соленый вкус, за что его называют также «горькой солью». В медицине горькая соль употребляется в качестве слабительного.
Все три состояния природной серы — самородная сера, сульфиды и сульфаты — не являются чем-то обособленным друг от друга. Они связаны между собой целой цепью взаимных превращений. Проследим, какие изменения претерпевала природная сера в связи с различными геологическими и климатическими условиями.
В начале существования Земли сера непосредственно соединялась с металлами и образовывала сульфиды. С появлением свободного кислорода сульфиды окислялись в сульфаты. Серу вулканических газов постигала та же участь, что сульфиды, — она окислялась в серную кислоту, а затем переходила в сульфаты. Такова основная тенденция серы в неживой природе — превращаться в соединения высшей валентности — сульфаты. Они служат как бы мостиком, соединяющим серу неживой природы с серой, которая подвергается изменению уже в биосфере.
Известно, что все животные и растительные организмы содержат серу. Растения получают ее из растворимых сульфатов почвы, а животные — из растений.
После смерти животные и растительные организмы разлагаются; при этом выделяется сероводород. Он окисляется особыми серобактериями, для которых служит питательным веществом. Окисленный сероводород превращается в воду и свободную серу, которая, в свою очередь, окисляется в серную кислоту, вступающую в соединение с другими веществами. В результате этого образуются сернокислые соли, которые снова используют растения и животные. Так замыкается длинная цепь превращений серы в природе.
В Южной Америке, в Кордильерах, есть небольшой вулкан Пураче. От самого кратера берет начало река Рио-Винагре. В водах ее ученые обнаружили природную серную кислоту. Река ежедневно выносит в море до 20 тонн серной кислоты. Казалось бы, такое количество кислоты, созданное в лаборатории природы, — немалая цифра. На деле же это и в прямом и в переносном смысле капля в море. Чтобы в полной мере удовлетворить потребности человека в серной кислоте, необходимы сотни тысяч и миллионы тонн…
Природная серная кислота — это довольно обычное и нередкое явление.
В Средней Азии, в песках, покрывающих серные бугры, были открыты скопления серной кислоты.
Когда участники Каракумской экспедиции, вернувшись из пустыни, стали разбирать образцы серной руды, они поразились следующему обстоятельству: бумага, в которую была завернута руда, превратилась в жалкие лохмотья; даже деревянные ящики и те оказались поврежденными.
Академик Ферсман приписал разрушающее действие серной кислоте, которая иногда сопровождает месторождения колчеданов и самородной серы. Это была природная серная кислота. По мнению Ферсмана, в природе существуют довольно значительные скопления этого жидкого минерала. Особенно велики запасы природной серной кислоты в каракумских песках, что объясняется особыми климатическими и геохимическими условиями. Было подсчитано, что скопления свободной серной кислоты в одном из крупнейших серных бугров Каракумов, бугре Дарваз, исчисляется сотнями моногидрата — чистой безводной серной кислоты.
Трудно переоценить значение серной кислоты в жизни человека. Производство ее служит критерием химической мощи каждой развитой страны. Ни один химический продукт не имеет столь разнообразного применения, как серная кислота. С ее помощью получают многие другие кислоты: фосфорную, соляную, плавиковую, уксусную, а также разнообразные технические соли.
Почти половина всей вырабатываемой серной кислоты идет на изготовление сельскохозяйственных удобрений, главным образом суперфосфата.
Без нее невозможно производить взрывчатые вещества.
В нефтяной промышленности ею пользуются для очистки керосина, смазочных масел и других нефтепродуктов; в машиностроении она употребляется для травления металлов; в металлургии — для получения меди, цинка, кобальта, никеля и других цветных металлов.
Текстильщики с помощью сернокислых солей алюминия и бария производят предварительную обработку ткани перед крашением.
Серной кислотой пользуются для изготовления пластических масс и искусственного волокна. Она необходима для многих процессов промышленного органического синтеза.
Серная кислота, вернее — предметы, изготовленные с ее помощью, окружает нас и в повседневной жизни. Спички, целлулоид, краски, мыло и даже бумага и чернила, которыми мы пишем, сделаны не без участия серной кислоты и ее производных.
Серная кислота явилась одним из основных стимуляторов технического прогресса.
Если даже не говорить о тех отраслях промышленности, которые были вызваны к жизни серной кислотой, то многие существовавшие раньше производства продолжали бы носить кустарный, примитивный характер. Люди так же архаично, как и в средние века, изготовляли бы бумагу, чернила, получали бы многие цветные металлы, красили ткани…
Могли ли предполагать средневековые алхимики, которые 10 веков тому назад впервые приготовили серную кислоту прокаливанием «зеленого камня» — железного купороса, что открытое ими вещество станет таким полезным для человечества?
10 веков тому назад… В лаборатории какого мечтателя-алхимика родилась серная кислота? Быть может, честь ее открытия принадлежит известному персидскому ученому Абубекеру-аль-Разу, как считают многие историки химии. Прокаливанием железного купороса ее получали на протяжении многих столетий. И лишь в XV веке возник новый метод: сжигание смеси серы и селитры. Этот способ просуществовал почти 300 лет. Он выдержал испытание временем, но имел и свои недостатки: так можно было получать очень незначительные количества кислоты.
Жизнь шла вперед, она ставила перед людьми новые задачи. Серная кислота должна была выйти за пределы небольших лабораторий и аптек. Все упиралось в один, казалось бы, неразрешимый вопрос: в каких сосудах должна производиться серная кислота? Алхимики и аптекари пользовались стеклянной посудой, которая, конечно, была непригодной для широкого производства. Все известные до тех пор металлы тоже не годились для этого, так как подвергались разрушению.
По проекту Робака в 1741 году в Шотландии был построен первый завод камерного получения серной кислоты.
В 1806 году французские химики Клеман и Дезорм сделали важное для сернокислотного производства открытие: они доказали, что в камерном производстве серной кислоты окисление сернистого газа происходит за счет передачи ему кислорода окислами азота.