Благородные металлы
Очень долгое время, почти до конца XVIII в., считалось, что существует всего 7 металлов: золото, серебро, ртуть, медь, железо, олово, свинец. Золото и серебро, не изменяющиеся при действии воздуха, влаги и высокой температуры, получили название совершенных, благородных металлов. Прочие же металлы, которые под действием воды и воздуха теряют металлический блеск, покрываясь налетом, а после прокаливания превращаются в рыхлые, порошкообразные "земли" или "окалины" (оксиды), были названы несовершенными, неблагородными.
Такое деление металлов нередко применяется и в наши дни, но с тем отличием, что к двум благородным металлам древнего мира и средневековья - золоту/ и серебру-на рубеже XVIII и XIX вв. прибавились платина и четыре ее спутника: родий, палладий, осмий, иридий. Рутений был открыт только в 1844.
Благородные металлы очень мало распространены в природе.
В природе благородные металлы встречаются почти всегда в свободном (самородном) с состоянии. Некоторое исключение составляет серебро, которое находодится в природе и в виде самородков, и в виде соединений; имеющих значение как рудные минералы (серебряный блеск, или аргентит Аg2S, роговое серебро, или кераргирит АgСl, b др.).
Месторождения серебра имеются в Средней Азии, Сибири, на Дальнем Востоке, в Канаде, США, Мексике, Австралии.
Основной формой нахождения золота в природе является самородное золото.
То, что принято называть самородной платиной, является сплавом платины (75 - 92%) с железом (до 20%), родием, палладием, осмием, иридием, иногда медью и никелем, рутением. Подобно золоту, самородная платина образует и коренные, и Россыпные месторождения. Одно из коренных месторождений платины находится на Урале. Оно представляет собой массив Дунита (изверженная горная порода, состоящая из силикатов Железа и магния с примесью железняка). В нем содержатся включения самородной платины в виде зерен.
Под действием воздуха, влаги и колебаний температуры платиноносные горные породы превращаются в сыпучее тело - песок.
Вода переносит его в долины, овраги, на дно ручьев и. Так образуются россыпные месторождения платины. Источником промышленной добычи благородных металлов являются полиметаллические руды, содержащие очень небольшие количества серебра, золота, платины, палладия.
История благородных металлов - одна из самых интересных глав истории материальной культуры. По мнению многих ученых, золото было первым металлом, который человечество начало использовать для изготовления украшений, предметов домашнего обихода и религиозного культа. Золотые изделия были найдены в культурных слоях эпохи неолита (V - IV тысячелетия до н. э.). В Египте, Индии, Китае и других странах в IV _ III тысячелетиях до н. э. добывали золото и серебро, из которых изготовляли различные предметы. (Интересно, что в Древнем Египте серебро ценилось дороже золота.) Золото и серебро использовались как деньги в Египте, Индии, Китае и государствах Месопотамии уже за 1500 лет до н. э., а в Древней Греции - шоло VII в. до н. э. В VII в. до н. э. в Лидии началась" чеканка монеты, откуда она распространилась на другие государства античного мира: Грецию, Персию, Карфаген и Рим (VI - V вв. до н-. э.). Древнейшим монетным металлом был электрон - природный сплав золота с 20 - 40% серебра. В VI в. до' н. э. лидийский царь Крез заменил электрон золотом; этому примеру последовали азиатские государства. В Греции и ее колониях монетным металлом было серебро. В Древнем Риме монеты первоначально чеканились из меди, но в 269 г. до н. э. произошел переход на серебряную единицу (сестерций).
И в древности, и в средние века основными областями применения золота и серебра были ювелирное дело и изготовление монет. При этом недобрюсовестные люди, как ремесленники, так и лица, стоявшие у власти, не гнушались сплавлением драгоценных металлов с более дешевыми - золота с серебром или медью, серебра с медью. Хорошо известен рассказ древнегреческого писателя Плутарха о. том, как сиракузский царь Гиерон II поручил Архимеду узнать, нет ли примеси серебра в золотой короне, изготовленной по заказу царя.
Ученый, пользуясь открытым им законом, взвесил корону сначала на воздухе, а затем в воде и вычислил ее плотность. Она оказалась меньше, чем у чистого золота. Так был разоблачен корыстный ювелир.
Способ испытания золотых и серебряных изделий (особенно монет) на чистоту был известен уже в глубокой древности. Он состоял в сплавлении пробы металла со свинцом и затем в окислительном обжиге жидкого сплава в сосуде из пористого материала (костной золы). При этом свинец и другие неблаго-родные металлы окислялись. Расплавленная смесь оксида cвинца РbО с другими оксидами всасывалась пористым материалом а благородный металл оставался неокисленным. Зная массу взятой пробы и массу выделенного из него "королька" золота или серебра, определяли содержание благородного металла в пробе.
Совершенно очевидно, что Архимед не мог воспользоваться этим приемом для разрешения заданного ему вопроса; к тому же Гиерон II запретил повреждать корону. А пробирных игл2 в то время в Древней Греции не было, как не были известны и способы разделения золота и серебра.
И в древности, и в средние века подделка золота и серебра была широко распространена. Несмотря на жестокие наказания, которые угрожали фальсификаторам монеты (начиная с отсечения кисти и кончая сожжением заживо), "проклятая страсть к золоту" брала верх. Та же страсть была движущей силой алхимии (см.: Книга для чтения по неорганической химии, ч. I. М., Просвещение, 1983, с. 31-53).
Называя главные моменты ранней стадии .периода первоначального накопления капитала, К. Маркс прежде всего отмечает открытие золотых и серебряных рудников в Америке. Были найдены богатые месторождения золота в Мексике (1500), в Перу и Чили (1532), в Бразилии (1577). Серебряные руды были обнаружены во второй трети XVI в. в Мексике и Перу. В XVI в. большие количества золота и серебра стали поступать из'Нового Света в Европу.
Первую в России золотую россыпь обнаружил весной 1724 г. крестьянин Ерофей Марков в районе Екатеринбурга. Ее эксплуатация началась только в 1748 г. Добыча уральского золота медленно, но неуклонно расширялась. В начале XIX в. были открыты новые месторождения золота в Сибири. С 1821 по 1850 г. в России было добыто 3293 т золота, т. е. почти в 3,9 раза больше, чем во всех остальных странах мира (893 т).
С открытием богатых золотоносных районов в США (Калифорния 1848 г.; Колорадо, 1858 г.; Невада, 1859 г.; Аляска, г.), Австралии (1851), Южной Африке (1884) Россия -тратила свое первенство в добыче золота, несмотря на то что были введены в эксплуатацию новые месторождения, главным бразом в Восточной Сибири.
Добыча золота велась в России полукустарным способом, разрабатывались преимущественно россыпные месторождения. Свыше половины золотых приисков находилось в руках иностранных монополий.
Самородная платина, по имеющимся данным, была известна в Древнем Египте, Эфиопии, Древней Греции и в Южной Америке. В XVIII в. испанские колонизаторы обнаружили в золотых россыпях в Колумбии самородки тяжелого, тускло-белого металла, который не удавалось расплавить. Его назвали платиной (уменьшительное от исп. рlаtа - серебро). В 1744 г. испанский путешественник Антонио де Ульоа привез образцы платины в Лондон. Ученые очень заинтересовались новым металлом. В 1789 г. А. Лавуазье включил платину в список простых веществ.
Но вскоре оказалось, что самородная платина содержит другие, еще неизвестные металлы.
В 1803 г. английский физик и химик У. Уолластон открыл в ней палладий, получивший свое название от малой планеты Паллады, и родий, названный так по розово-красному цвету его солей (от греч. гЬоёоп - роза). В 1804 г. английский химик С. Теннант, исследуя остаток от растворения самородной платины в "царской водке" (смесь азотной и соляной кислот), нашел в нем еще два новых металла. Один из них - иридий - получил название вследствие разнообразия окраски его солей (от греч. (из - радуга) . Другой был назван осмием по резкому запаху его оксида ОзО4 (от греч. озтё - запах). Наконец, в 1844 г. профессор Казанского университета К- К- Клаус открыл еще один спутник платины - рутений (от лат. Rhuthenia - Россия).
Материалом для исследования К. К. Клауса служили остатки от аффинажа (очистки) уральской самородной платины. Она была открыта в золотоносных песках Верх-Исетского горного округа в 1819 г. Вскоре и в других местах было найдено "белое", "лягушечье" золото или "серебрецо". В 1823 г. В- В. Любарский показал, что все эти находки не что иное, как самородная платина.
В 1824 г. на Ураде было добыто 33 кг самородной платины, а в 1825 г. уже 181 кг. Незадолго перед этим (в 1823 г.) был Уволен в отставку министр финансов Д. А. Гурьев, приведший Россию на грань денежной катастрофы. Его преемник Е. Ф. Канкрин, чтобы спасти положение, наметил в числе прочих мер чеканку платиновой монеты. В 1826 г. горные инженеры П. Г. Соболевский и В. В. Любарский разработали технологию получения ковкой платины1. В 1828 г был начат выпуск платиновой монеты достоинством в 3,6 и 12 руб. Но в 1845 г. царское правительство решило прекратить ее чеканку, а в 1862 г продало за бесценок иностранной фирме остатки от аффинажа платины, накопившиеся на Монетном дворе.
В конце XIX в. спрос на платину сильно возрос, в частности, вследствие ее применения как катализатора в производстве серной кислоты. Однако владельцы уральских платиновых приисков, которые поставляли тогда около 95% мировой добычи платины, вместо того чтобы наладить аффинаж платины и производство платиновых изделий и препаратов, предпочли продавать сырую платину за границу.
Так, Россия, будучи монополистом по добыче самородной платины, оказалась вынужденной покупать за рубежом платиновую посуду, проволоку и др. Только в 1914 г. был запрещен вывоз сырой платины, а в 1915-1918 гг. построен платино-аффинажный завод в Екатеринбурге.
Великая Октябрьская социалистическая революция положила конец хозяйничанию капиталистов. Декрет о земле, принятый по докладу В. И. Ленина Вторым Всероссийским съездом Советов в ночь с 26 на 27 октября (8 и 9 ноября) 1917 г., объявил, что все недра земли, руды, нефть, уголь, соль переходят в исключительное пользование государства. Вскоре (в 1918 г.) была введена государственная монополия на добычу, очистку и куплю-продажу драгоценных металлов. Тогда же по инициативе проф. Л. А. Чугаева был основан при Академии наук Институт по изучению платины и других благородных металлов (в 1934 г. вошел в состав Института общей и неорганической химии АН СССР). Его директорами были Л. А. Чугаев и Н. С. Курнаков.
В годы первой мировой и гражданской войн добыча золота и платины сильно упала. Но уже в 1921 г. Совнарком РСФСР издал постановление "О золотой и платиновой промышленности". В нем указывалось, что месторождения золота и платины составляют собственность государства, отмечалось особо важное значение их разработки и предусматривался ряд мер, направленных на восстановление и развитие добычи этих металлов. Так была возобновлена работа золотых и платиновых приисков, но с применением механизации в невиданных ранее масштабах. За годы Советской власти были открыты и введены в эксплуатацию месторождения золота в Сибири, Казахстане, Приморье и других районах СССР. Была налажена комплексная переработка медно-никелевых сульфидных руд Заполярья с извлечением из них Драгоценных металлов. Все это стало возможным благодаря развитию научно-исследовательской работы по разведке месторождений, химии и металлургии благородных металлов, подготовке кадров высококвалифицированных специалистов.
Золото применяют в виде сплавов, обычно с медью, в ювелирном . и зубопротезном деле. Сплавы золота с платиной, очень стойкие против химических воздействий, используют для изготовления химической аппаратуры. Соединения золота применяют также в медицине и в фотографии.
Практические применения платиновых металлов обширны и разнообразны. Они используются в промышленности, приборостроении, зубоврачевании и ювелирном деле.
Стойкость против воздействия кислорода даже при высоких температурах, кислото- и жароупорность делают платину, родий, иридий ценными материалами для лабораторной и заводской химической аппаратуры. Тигли из родия, иридия применяют для работ со фтором и его соединениями или для работ при очень высокой температуре. Общая масса платиновых лодочек на одном из заводов, изготовляющих стеклянное волокно, составляет несколько сот килограммов. Из сплава 90% Р1 + 10% 1г изготовлены международные эталоны метра и килограмма. В частях приборов, где требуЦся большая твердость и стойкость против износа, используют природный осмистый иридий. Очень светлый и не темнеющий со временем сплав применяют для изготовления шкал астрономических и навигационных приборов.
По способности отражать свет родий лишь немного уступает серебру. Он не тускнеет со временем, поэтому зеркальные поверхности астрономических приборов предпочитают покрывать родием. Для измерения температур до 1600° С служат термопары из тонких проволок - из платины и из сплава 90% Р( + 10% Кп. Более высокие температуры (до 2000° С) можно измерять термопарой из иридия и сплава 60%КЬ + 40%1г.
Платиновые металлы, а также их сплавы катализируют многие химические реакции, например окисление 5О2 в 5О3. Однако настоящее время эти катализаторы заменяют другими веществами, более дешевыми.
Один из сильнейших ядов, не имеющий запаха, - оксид углерода (II) СО - легко обнаружить, если внести в газовую смесь полоску фильтровальной бумаги, смоченную раствором хлорида палладия РдС12. Происходит реакция:
Вследствие выделения мелкораздробленного палладия бумага чернеет.
Сплавы платины и палладия, которые не темнеют со временем и не имеют привкуса, применяют .в стоматологии. На научные и промышленные цели идет около 90% всех платиновых металлов, остальное - на ювелирное производство.
|
