Человеческий организм исключительно чуток к йоду, и понижение его содержания в воздухе и в воде сейчас же отражается на здоровье. Зоб научились лечить, применяя соли йода.
Не менее интересны пути вовлечения йода в промышленность, которые с каждым годом становятся все шире, разнообразнее. С одной стороны, открыты соединения йода с органическими веществами, которые создают непроницаемую броню для прохождения рентгеновских лучей, и вместе с тем эти соединения, введенные в организм, позволяют фотографировать внутренние ткани с особой отчетливостью.
Мы узнали и совсем другие области применения йода, возникшие за последние годы. Особенное значение придается использованию йода в целлюлозной промышленности, где применяются особые соли йода в виде мелких игольчатых кристалликов. Эти игольчатые кристаллики распределяются в целлулоиде так, что колебания светового луча не могут проходить через них во всех направлениях. Получается то, что мы называем поляризованным лучом. Мы много лет строили особые, очень дорогие поляризационные микроскопы, а сейчас благодаря этому новому фильтру-поляроиду изобретены прекрасные лупы, которые заменяют собой микроскоп. С ними можно работать во время экспедиций в поле. Сочетанием двух-трех поляроидов можно добиться яркой окраски рисунка; и мне представляется чудесно освещенное декоративное панно или экран в кино, где вращением двух поляроидов будут достигаться замечательные красочные эффекты, быстро меняющие все цвета солнечного спектра. Когда поляроидная пластинка вставлена в окно автомобиля, вы можете ехать по освещенной улице, и вас не будет ослеплять свет ярких фар мчащейся навстречу машины, так как в поляроиде вы не увидите ярких ореолов горящих огней, а лишь самую машину с отдельной светящейся точкой.
Когда самолет поднимается над затемненным городом и сбрасывает вниз на парашюте сверкающие составы из магния, то поляроидные очки позволяют видеть все, что делается на земле под светящейся ракетой.
Вы видите, как разнообразно и широко применяется этот элемент, сколько неясных проблем, сколько противоречий в судьбе его странствований. Много еще нужно глубоких исследований, чтобы разгадать все его свойства и понять природу этого вездесущего элемента, пронизывающего весь окружающий нас мир. Интересна и история открытия этого элемента. Он был открыт в золе растений в 1811 году фармацевтом Куртуа, имевшим маленький завод, перерабатывавший золу растений в селитру. Открытие этого элемента не произвело особого впечатления на ученых и только через сто лет получило должную оценку.
Я мог бы на этом закончить свой рассказ об этом интересном элементе, но еще одна мысль занимает мое внимание. По таблице Менделеева ниже йода в той же группе приходится пустая клетка. Ее наметил еще Д. И. Менделеев и сказал, что здесь должен быть открыт новый элемент. Он назвал его экайодом. Мы эту клетку называем клеткой под номером 85. Где же встречается или где скрывается этот элемент номер 85? Он не может не существовать где-то в мире, он должен быть открыт.
Его долго искали в остаточных рассолах озер и в соляных месторождениях. Его искали в межпланетном пространстве, среди тех рассеянных атомов, которые наблюдаются в мироздании между звездами и солнцами, планетами и кометами; его искали и во всех природных металлах, но не нашли.
Много раз казалось ученым, что в приборах блеснула где-то та линия, которая отвечает светящимся атомам номера 85, но новые исследования не подтверждали этого открытия, и клетка номер 85 осталась и до наших дней пустой[44].
Что же представляет собой этот таинственный неоткрытый атом? Вероятно, он продолжает загадочную историю йода, вероятно, он наделен еще более чудесными свойствами, и именно они затрудняют его открытие. Может быть, он существует в мироздании так недолго, что самые точные приборы не могут его поймать; может быть, он обладает настолько сильным зарядом, что не может существовать в нашем мире. Но если номер 85 будет открыт на Земле, то он окажется еще более замечательным элементом, с еще более сказочными свойствами, чем йод.
Над загадками йода и его товарища по таблице стоит поработать ученым!
Фтор — всесъедающий
Обдумывая план этой книги, я наметил в ней главу о фторе и его замечательных свойствах; но когда я дошел до ее составления, то должен был остановиться. Я никогда не работал над фтором и его соединениями, не интересовался его прекрасными минералами, его использованием в промышленности и поэтому оказался в затруднении.
Пришлось прибегнуть к своим записям; и, разбирая старые многочисленные заметки об отдельных химических элементах Земли, я нашел ряд листков, из которых и составил эту главу.
Чарлз Дарвин в своей автобиографии указывает, как должен работать ученый.
Он говорит, что ученый не может и не должен все запоминать, что каждое интересное наблюдение и все, что он встретит любопытного в книгах, он должен записывать на отдельные листочки, а каждую книгу, которая касается занимающего его вопроса, откладывать на отдельную полку вместе с выписками.
Дарвин был против того, чтобы у ученого была большая разнообразная библиотека. Он намечал себе на ближайшие годы большие задачи и упорно стремился к их разрешению. К каждой проблеме он десятки раз подбирал материалы, и каждой проблеме была посвящена одна или две полки в его книжном шкафу.
Через несколько лет, а иногда и через десяток лет у него накапливался, таким образом, огромный фактический материал по каждой отдельной научной проблеме. Он просматривал еще раз этот материал и книги, приводил их в порядок и составлял соответствующую главу своего знаменитого трактата, послужившего началом современной биологической науки.
Этот порядок составления больших книг и монографий очень удобен, и сознаюсь, что еще много лет назад я начал подражать прекрасному примеру Дарвина и решил точно так же подготовлять для своих работ материалы и книги. Я расстался со своей большой библиотекой, передав ее Хибинской горной станции на Кольском полуострове, а у себя оставил только те книги, которые были связаны с задачами, стоявшими передо мною на ближайшие годы.
Среди этих задач была большая проблема — описать историю всех химических элементов в земле, показать геологам, минералогам, химикам те сложные пути, которые проходит атом какого-либо металла в своих странствованиях в мироздании, рассказать о его свойствах и поведении на земле и в руках человека.
И вот, когда мне пришлось писать главу о фторе, я нашел в папке с надписью «Фтор» пять листочков. Приведу вам их здесь примерно в том виде, как они были написаны.
Листок 1
Давно мечтал я посетить знаменитые месторождения Забайкалья, откуда посылали мне замечательные кристаллы топаза, редкого прекрасного минерала, содержащего фтор, кристаллы всех цветов и друзы разноцветного плавикового шпата, которые добывались для нужд промышленности.
И вот наконец мы высадились из скорого поезда, шедшего на станцию Маньчжурия.
У вокзала нас ждала тройка лошадей, и мы покатили по дивным степям южного Забайкалья, покрытым сплошным белым ковром прекрасных цветов. Чарующая картина все шире и шире раскрывалась перед нами по мере того, как мы поднимались на пологие вершины горы. Здесь на отдельных выходах гранитов добывались кристаллы синего, желтоватого и голубого топаза; здесь в пустотах — «занорышах» — гранитных пегматитов мы увидели красивые октаэдры плавикового шпата — соединения фтора и металла кальция. Но особенно поразила нас картина богатых месторождений этого минерала в одной небольшой долине.
Здесь были уже не отдельные кристаллики, осевшие из горячих водных растворов охлажденных гранитов, а огромные скопления розового, фиолетового и белого плавикового шпата самых разнообразных оттенков: они сверкали и искрились на ярком маньчжурском солнце.
В горных разработках добывали этот ценный камень, чтобы отправить его через всю Сибирь на металлургические заводы Урала, Москвы и Ленинграда. И перед моими глазами возникла грандиозная картина газовых эманаций древних и глубоких гранитных расплавов. Из летучих соединений фтора образовались скопления плавикового шпата. В этих образованиях отразился один из этапов процесса медленного охлаждения в земных глубинах гранитного массива, окруженного выделяющимися из него парами и газами.
Мне вспомнилась здесь и другая картина из истории этого же самого плавикового шпата. Я вспомнил описания в старых минералогиях плавикового шпата чарующих по красоте тонов, из которого выделывали ценные муринские вазы[45].
Я вспомнил также, что в Англии существовала целая промышленность по обработке этого камня и что в музеях мы можем видеть красивые изделия из него.
Наконец, я вспомнил и совсем другие картины из окрестностей Москвы.
Еще молодым преподавателем минералогии в 1-м народном университете города Москвы я поставил перед своими слушателями задачу — общими силами определить минералы, окружающие наш город. Среди этих минералов был замечательный фиолетовый камень. Его нашли около ста пятидесяти лет тому назад (в 1810 году) в маленьком Ратовском овраге, Верейского уезда, Московской губернии и назвали ратовкитом.
Он залегал среди известняков отдельными скоплениями в виде красивых фиолетовых пропластков. Целые полосы его темно-фиолетовых кубиков были встречены по берегам притоков Волги — Осуги и Вазузи. Мы энергично взялись за изучение этого фиолетового камня, который оказался чистым фтористым кальцием — тем флюоритом, о котором я здесь рассказываю. Его красивые фиолетовые гальки встречались в таком большом количестве, а сами прослойки залегали среди известняков так правильно, что трудно было приписать их образование горячим эманациям гранитных расплавов, которые положили начало прекрасным топазам Забайкалья и месторождениям плавикового шпата Маньчжурии.
Более 2000 м отделяли эти осадки от древних гранитов, лежащих в основе московских пород, и нам надо было искать каких-то других химических деятелей, которые накопили этот красивый камень по притокам Волги. При содействии академика А. П. Карпинского наша молодежь разгадала происхождение этого камня. Оказалось, что ратовкит связан с древними осадками московских морей, что при его скоплении сыграли роль живые существа — те морские раковины, особенно известковые раковинки, которые накапливали в своих клетках кристаллики фтористого кальция. Нарисованные здесь картины прошлого ясно показывают, как своеобразны и сложны пути миграции фтора в природе.
Листок 2
Краткое описание одного дня, проведенного в столице Дании — Копенгагене во время командировки на геологический конгресс.
По окончании конгресса мы посетили знаменитую криолитовую фабрику в окрестностях этого города. Белоснежный камень, неотличимый по внешнему виду от льда, доставляли сюда с вершин, расположенных на ледяных берегах Гренландии. По какому-то странному природному совпадению этот камень встречается на земле только в одном месте — в полярных областях западного побережья Гренландии[46]. Здесь он добывается в громадных разработках, грузится на суда и отправляется в Копенгаген. Криолит переправляют на особые фабрики, где от него отделяют другие минералы, особенно руды свинца, цинка и железа, — остается чистый, похожий на снег порошок, используемый как плавень для получения алюминия.
В особых ящиках, как большая ценность, этот порошок поступает на химические заводы, где его ждет новая судьба: вместе с рудой алюминия его расплавляют в электрических печах; и сверкающий серебром поток расплавленного металла стекает в большие, заранее подготовленные чаны. Этот металл — алюминий, и все современное производство алюминия не может обойтись без криолита.
Пока нет других способов получить этот металл — металл, необходимый и для мирной промышленности и для военной, мировая добыча которого сейчас равна почти двум миллионам тонн в год.
Энергию больших рек и водопадов используют для того, чтобы при помощи криолита растворить окись алюминия и получить чистый металлический алюминий. Правда, здесь на смену природному криолиту приходит искусственная соль фтористого алюминия и натрия. Но это тот же криолит, лишь получаемый человеком на химических заводах.
Листок 3
В Таджикистане на отвесной круче замечательно красивого озера Кули-Колон были найдены обломки чистого, прозрачного плавикового шпата. Он был так прозрачен, что из него можно приготовлять линзы для микроскопов и точных приборов. Спрос на прозрачный плавиковый шпат был настолько большим, что пришлось направить специальную экспедицию на крутые обрывы этого озера[47]. С захватывающим интересом читали мы в отчетах экспедиции о необычайных трудностях добычи прозрачного белого плавикового шпата, залегающего в плотных известняках.
После долгих трудов проложены были тропки к нависшему над озером месторождению. Но еще гораздо труднее было доставить отдельные ценные куски минералов вниз к кишлаку, расположенному на берегах этого озера. Громадные штуфы этого редкого камня, передавая их по цепи из рук в руки, горные таджики спускали вниз, перекладывали мягкой травой, а затем во вьючных ящиках доставляли в город Самарканд[48]. Промышленность оптических приборов получила исключительный по чистоте плавиковый шпат и смогла приготовить из этого минерала тонкие и чистые линзы и создать лучшие оптические приборы во всем мире.
Листок 4
Во время лечения на одном чехословацком курорте мы получили предложение совершить экскурсию на расположенный около города стекольный завод, механизированный по последнему слову техники. Мы осмотрели цехи производства больших зеркальных стекол. Их размеры были огромны. Сплошной лентой выплавлялись грандиозные пластины оконного стекла. В отдельных цехах получались высшие сорта хрусталя, окрашенного в разные тона солями редких земель и урана. Но самым интересным оказался цех художественного рисунка. Ваза из чистейшего хрусталя покрывалась тонким слоем парафина, опытный художник-гравер инструментом вырисовывал на слое парафина сложный рисунок. Скальпелем он снимал слой в одном месте, прорезал тонкие линии в другом, и перед нами появлялась картина леса и охоты на оленя.
Затем этот образец размножался. При помощи особого аппарата обводились контуры рисунка, и в большой комнате этот же рисунок повторялся на десятках других ваз, покрытых парафином. На всех них постепенно появлялись все те же контуры леса и затравленного собаками оленя. Потом все вазы помещались в особые печи, обложенные свинцом, в которые пропускались пары ядовитых соединений фтора. Кислота, содержащая фтор, разъедала стекло в тех местах, где не было парафина, проникая то глубже, то лишь слегка, так что поверхность становилась матовой. Потом парафин расплавлялся в горячем спирте, иногда в воде или просто путем нагрева; и перед нами появлялся во всей красоте нежный рисунок, вытравленный парами фтора. Оставалось лишь местами подчистить, местами углубить этот рисунок при помощи быстро вращающихся специальных резцов, и работа была закончена.
Листок 5
Наконец, среди своих листков и воспоминаний о фторе и его минералах я нашел следующую выписку из университетского курса химии.
«Фтор — газообразный элемент с неприятным, одуряющим запахом, исключительно активный в химическом отношении. Он соединяется со взрывом или ярким накаливанием почти со всеми элементами, даже с золотом. Недаром его получение представляло громадные трудности. Получен он был в чистом виде в 1886 году, хотя еще до этого фтор был открыт Шееле в 1771 году».
В природе он известен главным образом в виде солей фтористо-водородной кислоты, в виде фтористого кальция, минерала красивой окраски — флюорита, называемого «плавиковым шпатом» за свою способность сообщать легкоплавкость рудам металлов.
Однако фтор широко распространен в природе и в других соединениях, например, в апатит он входит в количестве до 3 %.
В своей геохимической истории он связан с летучими возгонами из расплавов гранитных магм, однако встречается сравнительно редко и в виде морских осадков, дающих известное накопление фтористых соединений из органического вещества.
Плавиковый шпат в кусках употребляется для оптических стекол, пропускающих, в противоположность простому стеклу, и ультрафиолетовые лучи; красиво окрашенные разновидности плавикового шпата употребляются как декоративный камень.
Однако главное применение фтора основывается на его способности облегчать плавление металлов. Он идет также для получения фтористой, или, как говорят, плавиковой, кислоты, которая обладает исключительно сильной растворяющей способностью и разъедает стекло и даже горный хрусталь.
В виде двойной соли натрия и алюминия фтористая кислота образует минерал криолит, нужный для электролиза металлического алюминия. Фтор играет огромную роль в жизни растений и живых организмов, является необходимым веществом для жизни, но избыток его действует очень вредно и вызывает ряд болезней.
Очень велика роль фтора в жизни моря, где он накапливается частью биологическими процессами (раковины, кости, зубы), частью в виде сложных карбонатов и особенно фосфатов (фосфоритов). В морской воде содержится фтора 1 мг на литр. В раковинах же устриц фтора в двадцать раз больше, чем в морской воде.
В последнее время ученые, анализируя свойства соединений фтора на основе таблицы Менделеева, открыли новое замечательное применение фтора, а именно: научились получать особое вещество — четырехфтористый углерод, который не ядовит, не взрывается в смеси с воздухом, очень устойчив и обладает способностью переходить из твердого состояния в газообразное с большим поглощением тепла. Это свойство и дало возможность применить четырехфтористый углерод в специальных холодильниках. Громадные холодильные установки для сохранения различных продуктов удалось создать только благодаря применению четырехфтористого углерода.
Заключение
Я рассказал вам содержание пяти листочков, найденных в моей папке. Они как будто бы почти полностью исчерпывают собой главу о замечательном элементе природы, но будущее его гораздо шире и грандиознее. Самые сложные газообразные продукты будущего связаны с фтором. Нет более опасных ядов, чем сочетания этого элемента, и вместе с тем нет более прекрасных консервирующих средств, которые позволили бы сохранять продукты питания без больших затрат в маленьких шкафчиках, поддерживая низкую температуру, вплоть до 100° ниже нуля.
Фтор — еще очень мало изученный химический элемент природы. Он таит в себе грандиозные возможности, вытекающие из своеобразных свойств его сложных соединений, и трудно нам сейчас предугадать, как широко его будут применять в народном хозяйстве и какова его судьба в технике будущего.