О солях в природе и в технике[34]
Воды залива Кара-Бугаз (Каспийского моря) содержат в растворе минерал, носящий название "чудесный" (мираболит). Это, так сказать, минерал сезонный, то появляющийся, то исчезающий. По химическому составу это сернокислый натрий, выкристаллизовывающийся с 10 молекулами воды. Зимой воды залива стынут, мираболит выпадает из раствора и весенними бурями выбрасывается на берег. Как груды снега сверкает белая соль на солнце. Но солнце быстро прогревает неглубокие воды залива, и их волны "слизывают", вновь растворяют залежи мираболита.
Пользуясь временем, пока соль еще не смыта водой, ее собирали и везли за тысячи километров сначала караванами верблюдов, потом по железной дороге на заводы для переработки.
Но зачем везти так далеко почти двойной груз против действительно нужного, зачем везти вместе с глауберовой солью почти такое же по весу количество кристаллизационной воды?
Рациональнее переработку мираболита производить по месту его добычи. Но частным предпринимателям создание промышленного центра в местности, которую избегали посещать даже туземцы-кочевники, было не под-силу.
На богатства Кара-Бугаза еще в 1918 г. обратил внимание Ленин, и теперь в некогда бесплодной пустыне растет индустриальный центр, вырос и расширяется химический комбинат, перерабатывающий мираболит и ряд других ценных ископаемых, добываемых тут же поблизости.
Разностью растворимости при различных температурах пользуются у нас для эксплоатации поваренной соли наших многочисленных соляных озер, для получения ее испарением воды соляных источников и вымораживанием воды северных морей.
В технике эта разность используется для отделения солей разной растворимости из их смешанного раствора. При понижении температуры последнего из него сначала выкристаллизовываются труднорастворимые соли, а легкорастворимые остаются в маточном растворе.
Природными источниками технически применяемых солей СССР необычайно богат. Что нигде нет такого количества поваренной соли (каменной, в соляных озерах и источниках), это знали даже во времена царизма. Но вот, например, калиевые соли в прежнее время выписывались из Германии, а их месторождения у нас, оказывается, тоже являются богатейшими в мире. Вблизи Соликамска найдены и широко эксплоатируются месторождения калиевых солей. Кстати сказать, здесь при проходке первой шахты проявили чудеса производственного энтузиазма комсомольцы, впервые в СССР применившие метод замораживания грунта. А осенью 1934 г. и весной 1935 г. были открыты еще более мощные залежи калиевых солей вблизи Березников и в издревле известных Илецких пластах каменной соли. Теперь мы эти соли не ввозим, а, наоборот, экспортируем за границу.
А в Сибири у нас имеются озера с самородной содой, количество которой так велико, что ежегодно ее можно добывать больше, чем сейчас на заводах готовится из поваренной соли. Там же имеются озера с глауберовой солью. Интересно отметить, что еще в 1784 г. Лаксман применял сибирскую глауберову соль для варки стекла вместо соды. В Сибирь он был послан в качестве пастора, но, будучи по натуре естествоиспытателем, он от этой профессии вскоре отказался, занявшись исследованием природных богатств Сибири.
А этими богатствами обильна не только Сибирь, но и вся территория СССР, но многие из них до прихода к власти пролетариата оставались неизвестными.
Таковы, например, богатейшие и разнообразнейшие месторождения полезных ископаемых Кольского полуострова. Здесь, в первую очередь, надо отметить положительно неисчерпаемые источники апатито-нефелинов.
Вот что говорит об апатитах один из современных писателей[35]: "А. Н. Лабунцев, производивший изыскания на Кольском полуострове, решил попутно исследовать и гору Расвум-чарр, на вершине которой он подозревал наличие некоторых редких минералов. Забрав молотки, зубила и прочий несложный инструмент, геолог забрался на ровное плато, расположенное на высоте 900 м над уровнем моря. Плато оказалось усеянным крупными глыбами незнакомого ему камня. Отколов несколько кусков, геолог с недоумением ощупал необычайный минерал, рассыпчатый и белый.
"Неужели апатит?
"По прибытии в Ленинград, а потом в Москву, ученый прочел ряд докладов. Привезенные им образцы породы показали ошеломляющие результаты.
"Таинственный камень оказался апатитом, не знающим себе равного в мире минерала по содержанию фосфорной кислоты. Лучшие фосфориты Марокко оказались в два раза хуже хибинских".
О нефелине тот же писатель пишет следующее: "Нефелин представляет собою мутный, обычно серый, полупрозрачный твердый камень, а по составу напоминает полевые шпаты, которые идут на получение фарфора и фаянса. Но он обладает своеобразным свойством: он необычайно легко разлагается даже слабыми кислотами. Нефелин завоевывает почетное место в стекольной, керамической, химической, металлургической, сельскохозяйственной, кожевенной, ультрамариновой и пр. видах промышленности. Нефелин - богатейший по применению в промышленности материал, и я нисколько не удивлюсь, если впоследствии нефелиновая проблема затемнит собою апатитовую. При варке стекла нефелин заменяет собою дефицитные соду и сульфат. В керамической промышленности он вполне заменяет полевой шпат. Легкая растворимость щелочей и извлекаемость из нефелина до 6%окиси калия делают нефелин ценным, легко усвояемым туком. Нефелин является также весьма ценным объектом для извлечения из него кремнезема и щелочей. Сода и поташ, которые могут быть приготовлены из нефелина, играют в химической промышленности столь же важную роль, как глина в керамической промышленности или каучук в резиновой. Наконец, из чистого глинозема, то-есть окиси алюминия, можно получить металлический алюминий, а из нефелинового сиенита - прекрасный, глубокого синего цвета ультрамарин. Не буду уже говорить о дублении подошвенной кожи нефелином, о получаемом из него титано-магнетите, идущем на изготовление белой, заменяющей свинцовые белила краски, о получаемом из нефелина ванадине..."
Все многообразные применения апатито-нефелиновых хибинских залежей в настоящее время используются. Не малая часть добычи экспортируется за границу. А ведь раньше фосфориты ввозились из-за границы.
В 1929 г. т. Киров заложил первый камень приполярного города Хибиногорска, ныне носящего имя Кирова и имеющего уже свыше 40000 жителей и крупные химические заводы, перерабатывающие апатито-нефелины и другие природные богатства Кольского полуострова.
И это там, где еще недавно была безлюдная тундра!
Зимний сад... летом
Кристаллы воды, когда они в виде инея покрывают зимой деревья в садах и лесах, так красивы каждый в отдельности и такую чудную картину образуют в целом, что можно только пожалеть о нашем неумении воспроизвести ее по желанию.
А впрочем, разве для химика есть что-либо невозможное! Целый сад мы инеем в жаркий летний день не покроем, - это обошлось бы слишком дорого, - но несколько веточек остролистника или хвойных кустарников и деревьев сможем покрыть нежными белыми кристаллами, которые дадут нам впечатление инея.
Поместим сорванные ветви под стеклянный колпак. Как я не раз говорил, им может служить бутылка с отрезанным дном. Колпак поставим на доску с прорезанным в середине ее отверстием, в которое вставим фарфоровую чашечку.
Рис. 47. Химический иней
В чашечку насыплем горсть бензойной кислоты (тело, при обыкновенной температуре твердое, как и многие другие кислоты, - хотя бы общеизвестная борная); под чашкой зажжем спиртовую лампочку (рис. 47).
При 120° бензойная кислота плавится, при 250° испаряется, и ее пары, наполнив колпак, осаждаются мелкими бесцветными кристалликами на ветвях и хвое растений. Уберите лампочку, закройте отверстие колпака пробкой и осветите картину "зимнего леса", выставив колпак на солнечный свет.
Сад химика
Химик может не только среди лета воспроизвести картину зимнего сада, покрытого инеем, - он может вырастить чисто "химический сад", не нуждаясь для этого ни в семенах, ни в саженцах растений.
Выращивается, однако, такой сад не на воздухе. Для растений, в нем произрастающих, нужна не углекислота, а другая питательная среда. Наоборот, все кислоты, даже следы их, гибельны для такого "сада".
Выращивается он в стекле.
- На стекле?
Нет, именно в стекле. Только в жидком, в так называемом растворимом стекле.
Бывает и такое стекло. Обыкновенное хорошо вам известное стекло с химической точки зрения - соль, хотя и нерастворимая или, говоря вполне точно, в высшей степени трудно растворимая в воде. Варится стекло чаще всего из песка (а песок - это кремнезем, ангидрид кремневой кислоты), соды и извести.
Попутно надо сказать, что и такое стекло при очень продолжительном кипячении в горячей воде частью переходит в раствор. Это доказал Лявуазье, опровергнув мнение своих современников, утверждавших, что при многодневном кипячении воды из нее выделяется какое-то новое землистое вещество. Взвесив это вещество, он нашел, что вес его равен разности весов стеклянного сосуда до и после опыта. Ясно, что и получилось оно не из воды, а из материала сосуда.
Сплав кремнезема с едким натром дает стекло, легко растворимое в воде и очень легко разлагаемое кислотами. В виду последнего, материалы для нашего химического сада должны быть совершенно чистыми, иначе, предупреждаю заранее, ничего из этого опыта не выйдет.
Рис. 48. Кристаллические растения
Купив силикат натрия уже в растворенном виде, слейте его в широкую банку из-под варенья из бесцветного стекла и бросьте в жидкость крохотный кристаллик медного купороса. Упав на дно, он вскоре покроется пленкой, которая в непродолжительном времени образует почки, а из этих почек начнут расти голубые травинки. Ими можно засеять все дно банки; это будет газон голубой "химической травы" (рис. 48). На Земле, правда, такая трава не встречается, но, быть может, что-нибудь в этом роде растет на других планетах...