Знахідка на місці катастрофи. - Ідея втілюється в життя. - Богиня не відповідає на стук. - Прикра помилка. - Поки Велер хворів. - "Я був справжнім ослом... ". - Через Сорок років. - Нечувана ціна. - У захмарних далях. - Незвичайна нафту. - Руда з Венери? - Секрет невтомності. - Гармата піднімається в повітря. - Атака і оборона. - "Дипломати" хитрують. - На Крайній Півночі. - Чорнильна веселка. - Не гірше платини. - Свині задоволені. - Морські колекціонери. - Плантації на дні моря. - Справи давно минулих днів. - Як передбачити майбутнє?
"Якщо б не було ванадію - не було б і мого автомобіля". Ці слова належать автомобільного короля Генрі Форду. У 1905 році він був присутній на великих автомобільних гонках. Як часто буває на подібних змаганнях, тут не обійшлося без катастрофи. Через деякий час Форд підійшов до місця, де розігралася трагедія, і підібрав там уламок деталі однієї з двох машин зіткнулися - французької. Це була частина стрижня клапана. Здавалося б, деталь як деталь, але досвідчений в цих питаннях Форд звернув увагу на її невеликі розміри, і він вирішив піддати метал випробувань. Інтуїція не підвела Форда: сталь виявилася дуже міцною і твердою. З лабораторії, куди був відправлений уламок для хімічного аналізу, повідомили, що метал містить ванадій.
Ідея широко використовувати таку сталь у виробництві автомобілів цілком опанувала Фордом. Ще б: адже якщо її вдасться втілити в життя, автомобіль стане значно легше; це дозволить заощадити багато металу, і машини можна буде продавати за нижчою ціною. Отже, різко збільшиться кількість покупців, а отже, зростуть і його власні прибутки. І Форд взявся за здійснення своєї ідеї. Чимало труднощів довелося йому подолати, перш ніж мета була досягнута. Коли через кілька років після гонок, несподівано зіграли в історії автомобілебудування важливу роль, французький департамент торгівлі та промисловості провів випробування окремих деталей нової фордівської машини, з'ясувалося, що американська сталь за всіма показниками значно перевершує французьку.
Що ж являє собою ванадій, здійснив воістину революцію в автомобільній промисловості? Ось як описує історію відкриття ванадію відомий шведський хімік Берцеліус: "У давні-давні часи на далекому півночі жила Ванадис, прекрасна і улюблена усіма богиня. Одного разу хтось постукав у її двері. Богиня зручно сиділа в кріслі й подумала: "Нехай він постукає ще раз". Але стукіт припинився, і хто відійшов від дверей. Богиня зацікавилася: хто ж цей скромний і невпевнений відвідувач? Вона відкрила вікно і подивилася на вулицю. Це був хтось Велер, який поспішно тікав від її палацу.
Через кілька днів знову почула вона, що хтось стукає до неї, але на цей раз стук наполегливо тривав до тих пір, поки вона не встала і не відчинила двері. Перед нею стояв молодий красень Нільс Сефстрем. Дуже скоро вони полюбили один одного, і в них з'явився син, який отримав ім'я Ванадій. Це і є ім'я того нового металу, який був відкритий в 1830 році шведським фізиком та хіміком Нільсом Сефстремом".
У цьому оповіданні є неточність. Першим, хто постукав у кімнату богині Ванадис, був не німецький хімік Фрідріх Велер, а мексиканський хімік і мінералог Андрія Мануель дель Ріо. Ще задовго до Велера, у 1801 році, вивчаючи бурі свинцеві руди Мексики, дель Ріо виявив, що в них присутній невідомий в той час метал. Сполуки цього металу були пофарбовані в найрізноманітніші кольори, тому вчений назвав новий елемент "панхромием", тобто "всецветным", а пізніше замінив назву на "эритроний", що означає "червоний".
Однак підтвердити своє відкриття дель Ріо не зміг. Більш того, в 1802 році він прийшов до помилкового висновку, що новий елемент - це відкритий незадовго до того хром. Був близький до успіху і Велер, що проводив дослідження тих же мексиканських руд, але йому завадив... фторид водню. В розпал роботи вчений отруївся цим газом і довелося кілька місяців провести в ліжку. Одужавши, Велер не відразу повернувся до своїх досвідах зі свинцевою рудою. Це і дало Берцелиусу привід дорікнути його в тому, що він надто несміливо стукав у двері богині Ванадис.
А поки Велер хворів, і відбулося друге народження ванадію. На цей раз біля колиски новонародженого стояв учень Берцеліуса шведський учений Нільс Габріель Сефстрем. В той час у Швеції почала розвиватися металургія. У різних частинах країни з'являлися заводи. І ось що було помічено: метал, виплавлений з залізних руд одних родовищ, був крихким, в той час, як з інших руд виходив дуже пластичний метал. Чим пояснити таку розбіжність? Сефстрем вирішив знайти відповідь на це питання.
Досліджуючи хімічний склад руд, з яких був виплавлений метал високої якості, вчений після довгих дослідів зумів довести, що в цих рудах міститься новий елемент, причому саме той, який в свій час був виявлений дель Ріо і помилково прийнятий їм за хром. За порадою Берцеліуса новий метал був названий ванадином, а пізніше став іменуватися ванадієм.
Ні дель Ріо, ні Велеру не судилося стати "хрещеними батьками" нового елемента, хоча вони перебували на підступах до відкриття. Після успіху Сефстрема Велер писав своєму другові: "Я був справжнім ослом, що прогледів новий елемент у бурої свинцевої руди і прав був Берцеліус, коли він не без іронії сміявся над тим, як невдало і слабо, без завзятості стукав я в будинок богині Ванадис".
Протягом багатьох років нікому не вдавалося виділити ванадій в чистому вигляді. Тільки в 1869 році англійський хімік Генрі Роско зумів отримати чистий металевий ванадій. Втім, чистим він міг вважатися лише по тим часам, оскільки містив більше 4% домішок. А між тим навіть невеликі домішки різко змінюють властивості цього елемента. Чистий ванадій - сріблясто-сірий метал, що володіє високою пластичністю,його можна кувати. Самі незначні кількості домішок, особливо азоту, кисню, водню, роблять метал тендітним і твердим, неохоче піддається обробці. Отримати чистий ванадій довгий час не могли з-за його надзвичайній активності при високих температурах: не вдавалося підібрати такий матеріал для тигля, який би не розчинявся ванадієм і не забруднював його при плавці. Тоді вчені пішли по іншому шляху: був розроблений електролітичний метод рафінування ванадію до чистоти 99,99%. Що і говорити, 4 і 0,01 % - різниця суттєва.
Десятки років ванадій не знаходив широкого промислового застосування. Так, ще на початку нашого століття в усьому світі щорічно вироблялося всього кілька тонн ванадію. Та й ціна на нього тоді була нечувана: 50 тисяч рублів золотом за 1 кілограм!
І мізерна виробництво ванадію, і божевільна ціна його пояснювалися просто. Незважаючи на те, що земна кора містить чимало ванадію - приблизно в тисячу разів більше, ніж срібла, скупчення його зустрічаються на землі вкрай рідко (саме тому ванадій і відносять до рідкісних металів). Руда, що містить 1% ванадію, вважається надзвичайно багатою; промисловій переробці піддають навіть ті руди, які містять лише 0,1% цього цінного дефіцитного елемента.
Одне з найбільших родовищ ванадію знаходиться в горах Перу, на висоті 4700 метрів над рівнем моря. Тут, у позанебесні далі, вже багато років видобувається багатий ванадієм мінерал патронит, який більше ніде на Землі не зустрічається. А порівняно недавно на північно-східному узбережжі Каспійського моря, на півострові Бузачі, почався промисловий видобуток нафти з високим вмістом ванадію. Завдання геологів - розробити ефективну технологію вилучення цього цінного елементу з нафтової "руди".
Цікаво, що падають на землю, метеоритах вміст ванадію в два-три рази більше, ніж в земній корі. Судячи з того, що в спектрі Сонця без праці можна знайти лінії, властиві атомів ванадію, сонячна матерія також багатшими цим елементом, ніж наша планета. Можливо, коли-небудь прибуття на металургійний завод партії багатою ванадієвої руди, наприклад, з Марса чи Венери буде розцінюватися як звичайна транспортна операція, але поки землянам доводиться розраховувати лише на свої власні ресурси.
Складність вилучення ванадію з руд і була причиною того, що цей метал так довго не міг знайти собі роботу. Однак бурхливий розвиток техніки незабаром широко розгорнуло перед ванадієм двері в промисловий світ. Здатність цього елемента надавати стали найцінніші властивості визначила його долю, його амплуа - ванадій починає грати роль "вітаміну" для сталі.
Незначна добавка ванадію (частки відсотка) робить сталь дрібнозернистою, надає їй більшу пружність, високу міцність. Така сталь легше переносить удар і вигин, наполегливіше чинить опір стирання, краще протистоїть розриву. А адже саме ці якості конче потрібні автомобільним деталей! Ось чому такі відповідальні вузли і деталі автомобіля, як мотор, клапанні пружини, ресори, осі, вали, шестерні виготовляють з невтомною ванадієвої сталі. Ось чому так високо оцінив роль ванадію Генрі Форд. І не випадково академік А.Є. Ферсман сказав про це елементі: "...казкові ті сили, які він надає заліза і сталі, озброюючи їх твердістю і міцністю, в'язкістю і гнучкістю, неразрушимостью, необхідної для осі автомобіля".
Під час першої світової війни справжню сенсацію викликав створений французькими інженерами літак, який був озброєний не кулеметом, як зазвичай, а гарматою, що наводила страх на німецьких льотчиків. Але яким же чином вдалося поставити гармату на літак? Адже вантажопідйомність тодішніх "етажерок" була дуже мала. Виявилося, що гарматі допоміг "забратися в літак... ванадій. Французькі авіаційні гармати були виготовлені з ванадієвої сталі. При відносно невеликій масі вони володіли чудовими характеристиками міцності, що дозволяють вести нищівний вогонь по німецьким літакам.
Слідом за цим ванадієві сталь почали використовувати для виготовлення солдатських шоломів. Порівняно легкий шолом з тонкої, але міцної сталі надійно оберігав свого власника від куль і осколків гранат. Броня була потрібна і для захисту артилерійської прислуги від снайперської кульової стрільби. Для цієї мети в Шеффілді в ті роки виготовили броньовий сталь, що містить досить багато кремнію і нікелю. На жаль, при випробуваннях кулі легко прошивали плити з цього металу. Тоді було вирішено випробувати сталь, що містить всього 0,2% ванадію. Успіх перевершив всі очікування: сталь витримала складний іспит на міцність в 99 випадках з 100!
Так ванадій став служити не тільки атаці, але й обороні. Американські, французькі, англійські фірми охоче застосовували ванадієві сталь для самих різних цілей. Зате абсолютно незрозумілу на перший погляд позицію зайняли німецькі металурги, які завжди вважалися великими фахівцями в цих питаннях: вони досить скептично поставилися до ванадієві як легирующему елементу і практично відмовилися від використання ванадієвої сталі. Один з німецьких заводів навіть дав категоричний висновок, що займатися її виплавкою не має ніякого сенсу. Це здавалося парадоксальним.
Незабаром, однак, все прояснилося: оскільки німці не мали власними ванадієвими рудами, вони не були зацікавлені в тому, щоб ціна ванадію на світовому ринку росла разом з попитом на нього; ось чому вони всіляко намагалися загальмувати впровадження ванадієвої сталі. Самі ж вони вели інтенсивні пошуки елементів, здатних надавати таку ж дію на сталь, як ванадій, але незабаром переконалися, що без нього не обійтися. Так провалилися спроби металургійних "дипломатів" зганьбити ванадієві сталь, а її виробництво продовжувало зростати з року в рік.
Саме ванадій допомагає стали успішно нести службу в суворих умовах Крайньої Півночі і Сибіру: як з'ясувалося, добавки ванадію і азоту - лише соті частки відсотка - різко підвищують холодостійкість сталі, використовуваної для магістральних трубопроводів, машин, бурових вишок. Будь-яка інша сталь не витримує північної холоднечі і стає крихкою, як скло. А ванадієва сталь невразлива навіть при 60-градусних морозах.
Авіація, залізничний транспорт, електротехніка, радіотехніка, оборонна промисловість - важко перерахувати всі галузі сучасної індустрії, де сьогодні застосовують сталь, що містить ванадій. Послугами ванадію користується і чавун: з високоякісного ванадиевого чавуну відливають поршневі кільця, виливниці, прокатні валки, матриці для холодного штампування.
Але ванадій трудиться не лише як метал-вітамін. Солі цього елемента - зелені, жовті, червоні, чорні, золотисті (згадайте назву, яку дав елементу дель Ріо: "панхромий" - всецветный) - з успіхом служать у виробництві фарб та спеціальних чорнил, в скляній і керамічній промисловості. До речі, саме з керамічного виробництва і почав ванадій свою практичну діяльність незабаром після того, як був відкритий Сефтсремом. Порцелянові і гончарні вироби за допомогою ванадієвих сполук покривали золотистої глазур'ю, а скла фарбували в зелений або блакитний колір.
У 1842 році видатний російський хімік Н.Н. Зінін зумів отримати анілін. Це стало потужним поштовхом для розвитку фарбувального виробництва. І тут ванадій припав до двору: виявилося, що одного грама оксиду пятивалентного ванадію достатньо для того, щоб перетворити 200 кілограмів безбарвною солі аніліну в сильне барвник - чорний анілін.
Не обходиться без ванадію хімія і в наші дні: його оксид - чудовий каталізатор при виробництві сірчаної кислоти, яку називають "хлібом хімії". Довгі роки в цій ролі виступав платинованим азбест, тобто азбест з нанесеним на нього порошком платини. Але, по-перше, такий прискорювач реакції був дуже дорогим, а по-друге, досить нестійким: він часто відмовлявся працювати за "отруєння" різними газоподібними домішками. Ось чому, коли була запропонована технологія отримання сірчаної кислоти з застосуванням в якості каталізатора сполук ванадію, працівники сірчанокислотних заводів без коливань розлучилися з платинованим азбестом. Чудові властивості оксиду ванадію використовуються також при крекінгу нафти, при отриманні багатьох складних органічних сполук.
Переваги ванадію оцінили навіть... свині. В Аргентині були проведені досліди по введенню в їх раціон цього елемента. І що ж виявилося? Помітно підвищився апетит свинок, вони швидко додавали в "талії".
Американські вчені з лабораторії госпіталю в Понг-Біч досліджували вплив ванадію на зростання щурів. Піддослідні тварини, дієта яких була повністю позбавлена цього елемента, стали рости вдвічі повільніше, ніж їх "подруги" з контрольної групи, що отримували звичайний корм. Але варто лише ввести в їжу трохи ванадію - швидкість росту щурів буквально вже через кілька днів відновилася до нормальної.
Мабуть, ванадій необхідний для діяльності багатьох живих тканин: він виявлена в курячих яйцях, м'ясі курей, коров'ячому молоці, печінці тварин і навіть у мозку людини.
Цікаво, що деякі морські рослини і тварини - голотурії, асцидії, морські їжаки - "колекціонують" ванадій, витягуючи його якимось невідомим людині способом з навколишнього середовища. Одні вчені вважають, що у цієї групи живих організмів ванадій виконує ті ж функції, що залізо в крові людини і вищих тварин, тобто допомагає їй вбирати кисень, або, образно кажучи, дихати. Інші вчені вважають, що ванадій необхідний мешканцям морського дна не для дихання, а для харчування. Хто з цих вчених прав, покажуть подальші дослідження. Поки ж вдалося встановити, що в крові голотурій міститься дуже багато ванадію, а в окремих різновидів асцидий концентрація цього елемента в крові в мільярди разів перевищує вміст його в морській воді. Справжні скарбнички ванадію! Природно, вчені зацікавилися можливістю здобувати ванадій з допомогою мешканців підводного царства. В Японії, наприклад, цілі кілометри морських берегів займають плантації асцидий. Асцидий дуже плідні: з одного квадратного метра блакитних плантацій знімають до 150 кілограмів цих тварин. Після збору врожаю живу ванадієві "руду" відправляють у спеціальні лабораторії, де з неї витягують потрібний промисловий метал. Нещодавно в пресі з'явилося повідомлення, що японські металурги вже виплавили сталь, в якій легуючим елементом служить ванадій, видобутий з асцидий. Є "колекціонери" ванадію та на суші: один з них добре знайомий кожному - це отруйний гриб біла поганка. Небайдужі до нього і деякі види цвілі, які взагалі не можуть розвиватися при відсутності ванадію. Такі рослини, які мають здатність накопичувати в собі той або інший елемент, називаються в науці биоконцентраторами. Найчастіше вони надають велику допомогу геологам, виконуючи роль своєрідного індикатора при пошуку руд деяких цінних металів.
У 1971 році радянські палеоботаніки виявили у відрогах Тянь-Шаню сліди невідомого науці рослини (його назвали меннерией), яке являє собою одноклеточную водорість, яка виросла на Землі... півтора мільярда років тому. "Дозвольте, але яке відношення ця знахідка має до ванадію?" - може запитати читач. Виявляється, пряме: вчені вважають, що меннерия свого часу зіграла важливу роль у формуванні атмосфери нашої планети, в освіті скупчень в земній корі таких хімічних елементів, як ванадій і уран.
...Ми розповіли про минулому і сьогоденні ванадію. Ну, а що ж чекає його завтра? Як в подальшому складеться доля цього чудового металу?
Не маючи фантастичної "машиною часу", навряд чи можна безпомилково передбачити майбутнє ванадію, але, знаючи його цінні властивості - значну механічну міцність, велику корозійну стійкість, високу температуру плавлення, меншу, ніж у заліза, щільність, резонно припустити, що ванадій стане прекрасним конструкційним матеріалом. Але перш людина повинна навчитися відбирати ванадій у великих кількостях (значно більших, ніж зараз!) у природи, яка ретельно зберігає його в своїх невичерпних скарбниць.
