Без приправ не обійтися! - Під чужим ім'ям. - Помилка давніх греків. - На Монетному дворі. - В знак протесту. - "Хмарочос" в 1600 поверхів. - Аварія на рівному місці. - Мрія перукарів. - Надійна опора. - "Приймають навантаження на себе ..." - Скло змінює свій колір. - "Запчастини" людини. - Вірні друзі. - Таємниця самурайських мечів. - Танк стає невразливим. - Лезо бритви. - Споріднені душі. - Мороз не страшний. - Кохані бобів. - На чому варто "Спілка рудих"? - У всьому "винен" молібден? - Непрохані гості. - Скромне місце. - "Військовий" метал. - Високо в горах. - Мільйони метрів. - Де ключі від скринь?
Щоб приготувати смачну страву, кулінар додає до нього різні спеції. Щоб виплавити сталь з цінними властивостями, сталевар вводить в неї різні легуючі елементи.
У кожній приправи своя мета. Одні покращують смакові якості страви, інші роблять його ароматним і апетитним, треті додають йому гостроту, четверті... Важко порахувати всі призначення спецій. Але ще важче перерахувати всі ті чудові властивості, які набуває сталь при добавці хрому, титану, нікелю, вольфраму, молібдену, ванадію, цирконію та інших елементів.
Одному з вірних союзників заліза, молібдену - і присвячений цей розповідь.
...Молібден був відкритий в 1778 році шведським хіміком Карлом Вільгельмом Шеєле. Назва елемента походить від грецького слова "молибдос". У тому, що новонароджений був охрещений грецьким ім'ям, немає нічого дивного - багато хіміки, перед тим як наректи відкриті ними елементи, заглядали в грецькі "святці". Дивно інше: у перекладі на російську мову "молибдос" означає... "свинець". Що ж змусило цей елемент ховатися під чужим ім'ям? Чому саме свинцю молібден зобов'язаний своєю назвою?
А скринька просто відкривався. Справа в тому, що ще древнім грекам був відомий мінерал свинцю-галеніт, який вони називали "молібдену". В природі існує інший мінерал - молибденит, як дві краплі води схожий на галеніт. Це подібність і ввело греків в оману: вони вважали, що мають справу з одним і тим же мінералом - молибденой. Такої ж думки дотримувалися в той час вчені та інших країн. Ось чому Шеєле, виявивши в цьому мінералі невідому "землю", без довгих роздумів назвав її "молібденової".
Тепер належало виділити з неї новий метал. Хоча Шеєле до цього часу вже здобув світову популярність і був членом Королівської шведської Академії наук, він продовжував працювати в скромній аптеці, де і проводив свої хімічні дослідження. Але в аптеці не було печі, в якій "молібденова земля", прокаленная з вугіллям, відновилася б до металу. Шеєле згадав, що підходить для цієї мети піч є на Монетному дворі в Стокгольмі, де працював його друг Петер Якоб Гьельм, і звернувся до нього за допомогою. Сподівання виправдалися: Гьельм незабаром зумів виділити елемент у вигляді металевого порошку, правда, сильно забрудненого карбідами.
Лише майже через сорок років, коли ні Шеєле, ні Гьельма вже не було в живих, їх знаменитому співвітчизнику Йенсу Якобу Берцелиусу вдалося отримати більш або менш чистий молібден і визначити його властивості.
Подібно багатьом своїм побратимам по Періодичній системі, молібден абсолютно нетерпимо ставиться до сторонніх домішок і, ніби на знак протесту, докорінно змінює властивості. Тисячні і навіть десятитисячні частки відсотка кисню або азоту надають молібдену велику крихкість. Саме тому в багатьох посібниках з хімії, виданих на початку XX століття, стверджувалося, що молібден майже не піддається механічній обробці. Насправді ж чистий молібден, незважаючи на високу твердість, - достатньо пластичний матеріал, який порівняно легко прокочується і кується.
Перша запис у трудовій книжці" молібдену з'явилася кілька століть тому, коли мінерал молибденит почали використовувати в якості грифелів. (Цікаво, що по-грецьки олівець і зараз називається "молибдос".) Як і графіт, молибденит складається з безлічі частинок, розміри яких настільки малі, що якщо укласти їх одна на іншу, то висота хмарочоса" з 1600 поверхів-лусочок виявиться рівною... 1 мікрона. Саме завдяки цим лусках молибденит вміє писати і малювати: на папері він залишає зеленувато-сірий слід.
В наші дні вже не зустрінеш молибденитовых грифелів: олівцевої промисловістю монопольно заволодів графіт. Але дисульфід молібдену (хімічна назва молібденіту) знайшов собі інше застосування. Втім, перш ніж розповісти про це, повідаємо вам невеличку історію.
Сталося це на Сімферопольському шосе під час випробувань дослідної партії автомобілів "Запорожець". Все йшло благополучно, але раптом на повному ходу одна з машин перекинулася на абсолютно рівному місці. На щастя, сиділи в машині люди відбулися, як кажуть, легким переляком. Причина аварії була загадкою до тих пір, поки машину не розібрали по кісточках. З'ясувалося, що одна з шестерень коробки передач, яка повинна була вільно обертатися на сталевий втулці, намертво приварилась до неї. Зрозуміло, такий "гальмо" спрацював миттєво.
Щоб подібні аварії не повторювалися надалі, потрібно було підібрати підходящу мастило. Ось тут і згадали про молибдените, вірніше, про його здібності розшаровуватися на окремі мікроскопічні лусочки. Вони-то і повинні були послужити надійною мастилом для тертьових деталей коробки передач.
Варто на мить опустити сталеву деталь в рідину, що містить лише 2% дисульфіду молібдену, і поверхня деталі покривається тонким шаром відмінною твердого мастила. Однак у такої змащення є підступний ворог - висока температура. При нагріванні дисульфід молібдену починає перетворюватися в молібденовий ангідрид, який, хоч і не заподіює шкоди поверхонь деталей, але і не має, на жаль, мастильними властивостями. Як же уникнути цього?
Виявилося, що перед нанесенням дисульфидного шару деталь необхідно обробити в гарячій фосфатній ванні. В цьому випадку частинки дисульфіду проникають в дрібні пори фосфатного покриття і на поверхні деталі утворюється найтонша мастильна плівка, яка здатна витримувати колосальні навантаження - кілька тонн на квадратний сантиметр. Втулки, покриті цією плівкою, відчували при важких режимах роботи - і жодного випадку зварювання. З тих пір "Запорожці" об'їздили нашу країну вздовж і впоперек, але нещасливий вузол передач не підводив більше ні разу.
Створенням мастильної плівки не вичерпується благотворний вплив дисульфіду молібдену на сталеву поверхню: якщо обробити молибденитом ріжучий інструмент, то він стане більш стійким, більш довговічним. Коли про це чудовому властивості молібденіту дізналися деякі перукарі, вони з завидною оперативністю поспішили впровадити його в практику.
Але повернемося до молібдену. Завдяки тугоплавкости і низькому коефіцієнту теплового розширення цей метал широко застосовують в електротехніці, радіоелектроніці, техніці високих температур. Гачки, на яких підвішена вольфрамова нитка в звичайної електричної лампочки, зроблені з молібдену; якщо б у скляний стерженек лампи впаяна дає світло вольфрамова дріт, то скло незабаром б тріснуло з-за її теплового розширення, а молібден при нагріванні практично не розширюється і тому не доставляє склу ніякого занепокоєння. З нього виготовляють аноди, сітки та інші деталі радіоламп, рентгенівських трубок. Як конструкційний матеріал молібден знайшов застосування в енергетичних ядерних реакторах. Молібденові спіралі непогано зарекомендували себе в якості нагрівачів потужних вакуумних електропечей опору, де розвиваються досить високі температури. Серед експонатів Політехнічного музею в Москві можна побачити невелику молібденову човник з вирощеним в ній штучним кристалом алюмо-иттриевого граната.
У США створено оригінальне скло, яке змінює свій колір залежно від... часу дня. Під дією сонячного світла скло стає синім, а з настанням темряви - знову прозорим. Цей ефект обумовлений добавками молібдену, який або вводять у розплавлене скло, або у вигляді тонкої прозорої плівки вклеюють між двома шарами скла.
Жароміцні молібденові сплави виявилися відмінним матеріалом для відповідальних деталей космічних ракет, ракетних двигунів, країв крил надзвукових літаків. А в медицині знайшов застосування сплав комохром, що складається з кобальту, молібдену і хрому: з цього сплаву виготовляють "запчастини" для... людини. Так-так, не дивуйтеся) Комохром легко уживається з тканинами організму людини, і хірурги успішно користуються ним для заміни ушкоджених суглобів.
Ще у Вавилоні при будівництві жител будівельники армували глину очеретом, а в Стародавній Греції залізними прутами зміцнювали мармурові колони під час спорудження палаців і храмів. Цей принцип ліг в основу створення нового класу сучасних конструкційних матеріалів, названих композиційними, оскільки вони являють собою композицію двох або кількох різнорідних компонентів. Кожен з них зайнятий своєю справою: одні, наприклад, протистоять високому нагрівання, зносу або агресивних середовищ, а інші при цьому впевнено чинять опір розтягуванню. Таке поділ праці дозволяє помітно полегшити багато конструкції, що особливо важливо для авіаційної та космічної техніки. Варіюючи співвідношення компонентів, можна отримувати матеріали з потрібну міцність, жароміцність, модулем пружності та іншими заданими властивостями. Для ряду пластичних металів (нікелю, кобальту, титану та ін) в ролі арматури, яка приймає на себе непосильні для них розтягуючі навантаження, впевнено виступає молібденовий дріт: завдяки цій "начинці" міцнісні характеристики матеріалу можуть бути підвищені у багато разів.
Різноманітне застосування знайшли сполуки молібдену. Завдяки йому емалі набувають високу криючу здатність. Молібденові барвники використовують у виробництві кераміки і пластичних мас, шкіряної, хутряної і текстильної промисловості. Оксид молібдену служить каталізатором при крекінгу нафти та інших хімічних процесах, В аналітичній хімії без малого півтора століття трудиться модібдат амонію - важливий реактив, за допомогою якого хіміки визначають вміст фосфору в рудах, сталях, сплавах і багатьох інших матеріалах.
Як бачите, роботи у молібдену вистачає. А адже ми поки говорили лише про побічні заняттях цього металу і ні словом не обмовилися про його найважливішої професії. Пам'ятаєте, на початку нарису молібден був названий вірним союзником заліза. Ось про цю дружбу заліза з молібденом ми і розповімо докладніше - адже три чверті всього, що добувається на землі молібдену металургія споживає спеціальних сталей. У нашій країні сталь, що містить цей елемент, уперше була виплавлена в 1886 році на Путилівському заводі в Петербурзі. Однак застосування молібдену для поліпшення властивостей сталі має набагато давнішу історію.
Довгий час ніхто не міг розкрити таємницю великої гостроти самурайських мечів. Багато покоління металургів безуспішно намагалися виплавити сталь, подібну до тієї, з якої ще в XI-XIII століттях виготовляли холодну зброю в країні Висхідного Сонця. Врешті-решт вдалося розкрити секрет: загадкова сталь, поряд з іншими елементами, містила молібден, який примудрявся одночасно підвищувати і твердість і в'язкість металу, в той час як зазвичай збільшення твердості супроводжується зростанням крихкості.
Поєднання високої твердості з в'язкістю вкрай необхідно для броньової сталі. Броня англо-французьких танків, що з'явилися в 1916 році на полях битв першої світової війни, була виконана з твердої, але тендітної марганцевистої сталі. На жаль, цей масивний панцир товщиною 75 міліметрів снаряди німецької артилерії прошивали, як масло. Але варто було додати до стали лише 1,5-2% молібдену, як танки виявилися невразливими, незважаючи на те, що товщина броньового листа була зменшена чи не втричі.
Чим же пояснити таке справді чудодійний переродження броні? Справа в тому, що молібден затримує ріст зерна в процесі кристалізації сталі і тим самим надає їй дрібну однорідну структуру, що забезпечує високі властивості металу. Більшості легованих сталей притаманна так звана крихкість після відпустки. Стали ж, що містять молібден, не схильні до цього недугу, завдяки чому їх можна піддавати термічній обробці, не побоюючись виникнення внутрішніх напруг. Молібден помітно підвищує прожарювана сталі. Легована цим елементом сталь характеризується також значною міцністю при високих температурах і великим опором повзучості. Подібний вплив на властивості сталі надає і вольфрам, але дія молібдену, наприклад, на міцність металу значно ефективніше: 0,3% молібдену можуть замінити 1% вольфраму - металу більше дефіцитного.
Молібденова сталь - це не тільки броня, але і стволи гармат і рушниць, деталі літаків і автомобілів, парові котли і турбіни, ріжучі інструменти і бритвені леза. Благотворно впливає молібден і на властивості чавуну: підвищується міцність металу, збільшується його зносостійкість.
Висока легирующая здатність молібдену обумовлена тим, що він має таку ж кристалічну решітку, як і залізо. Радіуси їх атомів також дуже близькі між собою. Ну, а спорідненим душам легко знайти спільну мову. Втім, молібден дружить не тільки з залізом. Сплави молібдену з хромом, кобальтом, нікелем володіють відмінною кислотоупорностью і застосовуються для виробництва хімічної апаратури. Для деяких сплавів тих же елементів характерна велика опір стиранню. Сплави молібдену з вольфрамом можуть замінювати платину. Для виготовлення електротехнічних контактів використовують сплави цього елемента з міддю і сріблом.
У холодильній техніці широко застосовують зріджені гази, зокрема азот. Щоб зберегти його в рідкому стані, потрібен лютий мороз - майже 200 градусів. При такій температурі звичайна сталь стає крихкою, як скло. Контейнери для зберігання рідкого азоту роблять з особливою хладостойкой стали, але і вона довгий час страждала одним істотним недоліком: зварні шви на ній мали низьку міцність. Усунути цей недолік допоміг молібден. Перш до складу присадних матеріалів, що застосовуються при зварюванні, входив хром, який, як виявилося, приводив до розтріскування країв шва. Дослідження дозволили встановити, що молібден, навпаки, запобігає утворенню тріщин. Після численних дослідів був знайдений оптимальний склад присадки: вона повинна містити 20% молібдену. А зварні шви тепер так само легко переносять двухсотградусный мороз, як і сама сталь.
Молібден має сталі та іншу допомогу: якщо змішати дрібний молібденовий порошок з аскорбіновою кислотою (вітаміном С), то утворюється суміш, яка надійно захищає сталеві та інші металеві вироби від корозії. Як видно, вітаміни корисні не тільки людям, але і металів.
Плідно трудиться молібден і на сільськогосподарській ниві. Введені в мікроскопічних кількостях в грунт або в їжу тварин деякі елементи буквально творять чудеса. Один з таких чарівників - молібден. Мізерно малі дози цього мікроелемента істотно підвищують урожай багатьох культур, поліпшують їх якість. Особливо небайдужі до молібдену бобові рослини. Насіння гороху, оброблені молибдатом амонію, дали на звичайному полі урожай майже на третину вище звичайного. Концентруючись у клубеньках бобових, молібден сприяє засвоєнню ними атмосферного азоту, вкрай необхідного для розвитку рослин. Завдяки молібдену зростає вміст білкових речовин, хлорофілу та вітамінів у рослинних тканинах. Але цей елемент далеко не всім дарує свою прихильність: на деякі бур'яни він діє згубним чином.
Незвичайні дослідження були проведені японськими вченими з університету Осаки. Аналізуючи за допомогою найсучасніших засобів залишки спалених волосся, вони прийшли до висновку, що колір волосся залежить від наявності в них мікродоз тих чи інших металів. Так, світле волосся, наприклад, виявилися багаті нікелем, золотисті - титаном. Якщо власники вогненно-рудої шевелюри незадоволені нею, то всі претензії вони повинні пред'являти молібдену: саме він, на думку японських пигментологов, і додає волоссю таку забарвлення. Стало бути, якщо б дійсно існував викритий Шерлоком Холмсом "Спілка рудих", то на його емблемі з повним правом міг би красуватися символ молібдену.
Цей елемент дав привід відомому англійському вченому в галузі молекулярної біології лауреату Нобелівської премії Ф. Крику і його колезі професорові Л. Ореллу висунути гіпотезу інопланетного походження земного життя. В основі спадкового механізму усіх живих істот лежить, як відомо, один і той же генетичний код. На думку біологів, така однаковість свідчить, що все життя на Землі розвинулася з однієї і тієї ж колонії мікроорганізмів. А оскільки неодмінним супутником біохімічних процесів є порівняно рідко зустрічається на нашій планеті молібден, можна припустити, що ця первородне колонія потрапила до нас з іншого небесного тіла, багатого молібденом. Гіпотеза вельми цікавою, хоча в ній чимало вразливих місць.
На жаль, іноді молібден виявляється втягненим у справи, які благотворними аж ніяк не назвеш. Про негативну сторону його діяльності розповіли дослідження радянських вчених, проведені в одній далекій морській експедиції.
В кінці 1966 року від причалів Владивостока відійшов "Михайло Ломоносов". Цей спеціальний науковий корабель повинен був обстежити різні ділянки світового океану і визначити ступінь зараження їх радіоактивними речовинами. Не один місяць судно бороздило океан, і весь цей час на його борту, немов прикордонники, несли вахту чутливі прилади - лічильники Гейгера, в будь-який момент готові виявити появу радіоактивних гостей.
В один із днів корабель готувався перетнути екватор в самій пустельній частині Тихого океану. Цілодобово на палубі судна з великою швидкістю крутилися лопаті вентилятора, захоплюючи тисячі кубометрів морського повітря і направляючи його в фільтри, які могли затримувати порошинки розміром навіть соті частки мікрона. Періодично фільтри разом з накопиченою пилом спалювали і з допомогою чутливих приладів визначали радіоактивність утворився попелу. Раптово лічильники Гейгера схвилювалися не на жарт: у попелі виявилися радіоактивні ізотопи молібден-99 і неодим-147. Ці ізотопи живуть дуже нетривалий час. Так, період напіврозпаду молібдену-99 всього 67 годин. Вимірами і розрахунками вчені встановили точну дату появи непрошених гостей - 28 грудня 1966 року. І дійсно, як повідомило агентство Сіньхуа, в цей день Китай випробував свою ядерну зброю. За кілька діб вітер розніс утворилися радіоактивні "осколки" на тисячі миль.
Справедливості заради, слід зазначити, що в цій небезпечній грі з вогнем молібден виконує вельми скромну роль. У найближчому ж майбутньому, як ми вправі сподіватися, сили світу досягнуть повної заборони ядерних випробувань - тоді він зовсім перестане виступати в такій непристойній амплуа і буде займатися лише корисною для людини діяльністю. Ну, а в тому, що молібден потрібен людям для самих різних цілей, а значить, і в досить великих кількостях, ви вже переконалися. Які ж запаси цього елемента на нашій планеті?
На частку молібдену припадає лише 0,0001% від всіх атомів земної кори. За поширеністю в природі він займає в ряду елементів таблиці Менделєєва Д. І. досить скромне місце - в шостому десятку, проте, родовища цього металу зустрічаються у багатьох місцях земної кулі.
Якщо на початку нашого століття видобуток молібдену становила всього кілька тонн, то вже в роки першої світової війни виробництво металу зросла майже в 50 разів (броня-то ж була потрібна!). У післявоєнний період видобуток молібденових руд різко впала, але потім, починаючи приблизно з 1925 року, спостерігався новий зростання виробництва молібдену, досяг максимуму (30 тисяч тонн) в 1943 році, тобто під час другої світової війни. Не випадково тому молібден іноді називають "військовим" металом.
На території нашої країни велике родовище молібденових руд було відкрито на Північному Кавказі в 1934 році студенткою-геологом Вірою Флеровой, знайшла в ущелині річки Баксан молибденит. "Віра бродила по балці вже кілька годин і грунтовно утомилась. І раптом! Втоми як не бувало. Серце застукало в шаленому ритмі, дихання перехопило. Дівчина знову і знову мацала шорстку поверхню невеликого кварцового уламка, проводила за нього тонкими пальцями і на пальцях залишався сіро-блакитний "місячний" слід. Зробила ще з два десятка кроків і знову стрімко нагнулася. Підібрала такий же камінь. Взяла лупу і буквально вчепилася в шматок породи з металевими вкрапленнями. Так, сумнівів не було: ці металеві вкраплення в кварці не що інше, як молибденит. Молібденова руда!"
Так у книзі про Віру Флеровой (Л. Кафтанова. Віра Флерова. М: Политиздат, 1971, с. 75-76.) описано подію, що стало знаменною віхою в історії вітчизняної рідкіснометалічної промисловості. Через два роки на місці знахідки вже будувався молібденовий рудник. На жаль, Віру не судилося побачити, як тут, високо в горах, виріс місто Тырныауз, який своїм народженням був зобов'язаний їй - чудовою дівчині, з дитинства мріяла знайти чарівний камінь: в 1936 році Віра трагічно загинула в горах. Підвісний місток, по якому вона переходила через Баксан, обрушився в бурхливі води гірської річки. Ім'я Віри Флеровой носять одна з площ Тырныауза і пік, що підноситься над містом. На одному з гірських схилів, в стороні від галасливих трас, стоїть скромний обеліск. Повільно і величаво пропливають над ним хмари, а неподалік по сталевих канатів ковзають вагонетки з чарівним каменем.
Молібденові руди переробляють головним чином у ферромолибден, який і використовують у металургії якісних сталей і спеціальних сплавів. Перші промислові досліди по отриманню феромолібдена відносяться до кінця минулого сторіччя. В 1890 році був розроблений спосіб отримання сплаву відновленням оксидом молібдену. Але цими дослідами практично і обмежилося виробництво феромолібдена в царській Росії. У 1929 році силикотермическим методом вдалося виплавити сплав, що містить 50-65% молібдену. Успішні досліди В.П. Елютина, проведені в 1930-1931 роках, дозволили в подальшому впровадити цей метод у металургійну промисловість.
Але техніці потрібні не тільки молібденові сталі, але і вироби з чистого молібдену. А ось їх-то довгий час не вдавалося виготовити. Але чому? Адже порівняно чистий порошок з цього металу навчилися отримувати давним-давно? Виною всьому була тугоплавкість молібдену - вона не дозволяла перетворювати порошок в монолітний метал шляхом сплавлення. Довелося шукати інші шляхи. У 1907 році в лабораторних умовах вперше була отримана молібденова нитка. Для цього порошок молібдену перемішали з клейким органічною речовиною і приготовлену масу продавили через матричне, отвір. Утворену при цьому клейку нитку помістили в атмосферу водню і пропустили через нитку електричний струм. Як і слід було очікувати, нитка розігрілася, органічна речовина вигоріло, а метал зумів проплавиться і осісти на дроті (водень ж знадобився для того, щоб молібден при нагріванні не окислився).
Через три роки був виданий патент на отримання тугоплавких металів, зокрема молібдену, методом порошкової металургії, яким користуються і в наш час. Металевий порошок пресують, спікають, потім піддають прокатці або волочіння - стрічка або дріт готова до використання в техніці.
В СРСР молібденову дріт почали випускати в 1928 році, а вже через три роки її виробництво склало 20 мільйонів метрів.
В останні роки для виробництва молібдену стали застосовувати дугового вакуумний переплав, зонну і электроннолучевую плавку - з такими помічниками справи пішли ще веселіше.
...Ми вже говорили про те, що запаси молібденових руд у земній корі обмежені. Так, можливо, через якийсь час вони будуть вичерпані і перед людством постане проблема, де роздобути настільки потрібний метал?
Ні, поки що ми можемо бути спокійні за долю своїх нащадків. Адже, крім земної кори, величезні кількості різних елементів містяться у водах океанів і морів. Якщо морські багатства розділити порівну між усіма жителями нашої планети, то кожен з нас стане володарем незліченних скарбів. Досить сказати, що одного лише золота Нептун може видати з своїх коморах приблизно тонни по три на душу населення. Ось вже дійсно - золоте дно! А що стосується молібдену, то його ми б отримали тонн по сто на людину.
Люди поки ще тільки намагаються підібрати ключі до блакитним скринь Нептуна. Але підберуть. Обов'язково підберуть.
