Стронцій - Тайна бенгальських жерців

С.І. Венецкій

На початку минулого століття козаки, що жили в Забайкаллі, вирішили переселитися на береги Уров (притока Аргуні) - їх залучили тут гарні орні землі і непоганий клімат. Але от лихо: через всього декілька років багато переселенці захворіли невідомою хворобою, яка скручувала людей, пронизувала болем все тіло. Не раз приїжджали сюди лікарі, але ніхто з них не зміг з'ясувати причину масового захворювання. Лише в наш час комплексні біогеохімічні експедиції Академії наук СРСР зуміли встановити, що винуватцем цього важкого недугу був ... стронцій, яким виявилися багаті води тих місць.

Що ж являє собою цей підступний хімічний елемент, настільки непривітно зустрів забайкальських козаків?

Стронцій був відкритий в кінці XVIII століття. Своїм назвою елемент зобов'язаний невеликий шотландської селі Стронціан (втім, доречніше сказати, що скромна село зобов'язана цього металу тим, що завдяки йому потрапила в історію хімії). У 1787 році в її околицях було знайдено рідкісний мінерал, названий стронціанітом. Дослідження англійських хіміків А. Кроуфорда і Т. хопу, німецького хіміка М. Клапрот та інших вчених, які зацікавилися новим мінералом, свідчили про те, що в ньому присутній "земля" (оксид) невідомого в той час науці металу.

Лиха біда початок: вже в 1792 році хопу вдається представити переконливі докази існування нового елемента, який був названий стронцієм (в українській літературі початку XIX століття зустрічалися й інші назви: стронтій, стронціан, стронтіян).

До числа першовідкривачів стронцію можна віднести і російського хіміка Т.Є. Ловіц. У тому ж 1792 він виявив "стронціановую землю" в мінералі баріте. Але будучи надзвичайно обережним, вчений вирішив не поспішати з висновками, а, дотримуючись принципу "сім разів відміряй", провести ще більш ретельні досліди. Коли ж вони були закінчені і Ловіц підготував до публікації статтю "Про стронціановой землі у важкому шпат ", виявилося, що" відрізати "вже було пізно: до Росії дійшли іноземні хімічні журнали з результатами досліджень хопу, Клапрот та інших зарубіжних вчених. Так, іноді, мабуть, не гріх і поквапитися ...

Знайомство вчених з чистим стронцієм відбулося через кілька років, в 1808 році, коли англієць Г. Деві зумів вперше виділити цей легкий (легше алюмінію) сріблясто-білий метал у вільному вигляді. З хімічними сполуками ж стронцію чоловік познайомився задовго до описуваних подій. Ще в Стародавній Індії при здійсненні священних обрядів у напівтемряві храмів раптово спалахували таємничі червоні вогні, що наводили забобонний страх на тих, хто молиться. Зрозуміло, всемогутній Будда був найменше причетний до цієї ілюмінації, зате його вірні слуги - жерці, бачачи перелякані обличчя своїх підопічних, потирали руки від задоволення. Щоб домогтися такого ефекту, вони змішували солі стронцію з вугіллям, сіркою і бертолетової сіллю, пресували суміш у кульки або піраміди, а в потрібний момент непомітно підпалювали. Мабуть, "патент" на таку суміш належав жерцям Бенгалії (однієї з індійських провінцій), оскільки за цими вогнями міцно закріпилася назва "бенгальських".

Протягом багатьох століть властивість летючих сполук стронцію надавати полум'я сліпучо-яскравий червоний колір використовувалося в піротехніку. У Росії, наприклад, за часів Петра I і Катерини II без "потішних вогнів" не обходилося жодне більш-менш значне торжество. Та й у наші дні святкові салюти і феєрверки радують погляди букетами червоних, зелених, жовтих вогнів, розцвітають на чорному оксамиті нічного неба.

Але піротехнічні здібності "металу червоних вогнів ", як називають стронцій, потрібні не тільки для розваг: хіба можна підрахувати, скільки людських життів було врятовано завдяки сигнальним ракет, які при корабельні аварії, спалахуючи в темряві над океаном, вказували судам, які поспішають на допомогу, місцезнаходження тих. хто зазнав лихо.

Фарбування полум'я довгий час залишалося єдиним заняттям стронцію. Але ось на рубежі XIX і XX століть хіміки виявили, що він може проявити себе на іншому поприщі - в цукровому виробництві: з його допомогою вдалося помітно підвищити вилучення цукру з бурякової патоки - меляси. Але через кілька років знайшовся дешевший виконавець цієї ролі - кальцій, стронцій і змушений був поступитися йому "солодке містечко". Цікаво, що останнім часом ставиться питання про відродження стронцієвого методу обессахаріванія меляси, так як вихід цукру у цьому випадку приблизно на 20% вище.

Можна назвати ще багато областей, в яких стронцій з більшим чи меншим успіхом пробував свої сили. Металургам, наприклад, він допомагав очищати сталь від газів і шкідливих домішок. У виробництві глазурі цей елемент дозволив обійтися без отруйних сполук свинцю, який до того ж і дефіцитніший. У скляної промисловості стронцій (точніше, його оксид) придбав популярність як замінник дорогих матеріалів при виготовленні скловолокна і стекол різного призначення. Синтетичні кристали титанату стронцію по грі і блиску граней здатні конкурувати з діамантами.

Присутність стронцію в портландцементі підвищує його вологостійкість, що особливо важливо при будівництві гідроспоруд. У радіотехніці і електроніці цей метал застосовують для оксидування катодів електронних ламп і як газонаполнітеля у вакуумній техніці, зокрема при виготовленні діелектриків і сегнетоелектриків. Стронцієвий з'єднання входять до складу люмінофорів, малярних фарб, консистентних мастил, що відрізняються високою стійкістю. "Дует" рубідій - стронцій дозволяє вченим з великою точністю визначати вік найбільш древніх гірських порід (Докладніше про це читайте у нарисі про рубідій "Злий джин"). Як бачите, роботи для елементу № 38 вистачає. І все ж те, що ми перерахували, можна вважати лише епізодами з життя стронцію. Але перш ніж перейти до самої важливу сторону його діяльності, згадаємо про один порівняно недавньому подію, повідомлення про який довго не сходили з центральних смуг газет усього світу.

У березні 1954 року над атолі Бікіні, розташованим в південній частині Тихого океану, піднялося гігантське грибоподібна хмара - результат випробувань американської водневої бомби. Через кілька годин на палубу японського риболовецького судна "Дайго Фукурю Мару", що знаходився у відкритому морі більш ніж в 150 кілометрах від епіцентру вибуху, почали падати брудно-білі пластівці радіоактивних опадів. Рибалки припинили промисел і взяли курс на Японію, але було пізно: незабаром після повернення один з членів екіпажу помер, а інші виявилися ураженими тяжку форму променевої хвороби. Чи не головним "вірусом" цієї хвороби був стронцій-90, один з численних радіоактивних ізотопів, що утворюються при ядерному розпаді.

У результаті такого вибуху в атмосферу викидаються десятки мільйонів тонн землі і гірських порід, буквально начинених продуктами поділу атомних ядер, найбільш токсичний, а значить, і найбільш небезпечний серед яких - Стронцій-90. Рано чи пізно вони повертаються на землю, осідаючи на поверхню материків і океанів. Тепер радіоактивного стронцію залишається один крок до організму людини. Разом з фруктами та овочами, засвоїв його з грунту, з питною водою, з м'ясом чи молоком домашніх тварин, "поласувати" травою, зараженої стронцієм-90, він проникає в організм людей, накопичується там і створює небезпечні радіоактивні вогнища, згубно впливають на кісткові тканини, мозок, кров.

Прогресивне людство боролося і продовжує боротися за повну заборону атомних і водневих вибухів. Мільйони людей в усьому Світ гаряче вітали підписання в Москві в 1963 році міжнародного Договору про заборону випробувань ядерної зброї в атмосфері, в космічному просторі і під водою. Однак це зовсім не означає, що радіоактивний стронцій зійде зі сцени: розвиток ядерної енергетики створює необмежені можливості для мирного використання його в науці і техніці. Тут для нього роботи - непочатий край.

Широкі перспективи відкриваються перед радіоізотопами стронцію у виробництві атомних електричних батарей для космічних ракет і штучних супутників Землі. Принцип дії таких батарей заснований на здатності стронцію-90 випромінювати електрони, що володіють великою енергією, потім перетворюється в електричну. Радіостронціевие елементи, з'єднані в мініатюрну батарейку (розміром із сірникову коробку), здатні безвідмовно служити без перезарядки 15-25 років.

Атомні батарейки без сумніву знайдуть застосування в телефонії та радіотехніці. А ось швейцарські годинникарі з успіхом використовували крихітні стронцієвих батарейки для живлення електрочасов.

Невибагливі і практично вічні джерела струму незамінні на автоматичних метеостанціях, розташованих у пустельних, полярних і високогірних районах нашої планети. У Канаді, наприклад, на далекому північному острові Аксель-Гейберг у важкодоступному місці діє атомна метеорологічна станція, розрахована на роботу без обслуговування протягом двох-трьох років. Джерелом енергії для апаратури станції служить ізотоп стронцію (всього 400 грамів), поміщений у спеціальний тришаровий сплав і захищений свинцевим екраном. Теплота, що утворюється при радіоактивному розпад стронцію, перетворюється в електричний струм, який живить прилади для вимірювання температури, атмосферного тиску, швидкості і напряму вітру. Отримані дані фіксуються самописними приладами і передаються по радіо за допомогою двох транзисторних передавачів на відстань понад 1500 кілометрів. Вся апаратура змонтована в сталевому циліндрі висотою 2,5 метри, діаметром 0,65 метра і загальною масою близько тонни. Душею цього складного технічного комплексу можна без перебільшення назвати маленькі стронцієвих батареї.

Безсумнівний інтерес представляє термоелектрична стронцієвих батарея "Трістан", розроблена вченими фірми "Сіменс" (ФРН) для проведення підводних досліджень. Високоефективні термоелектричні елементи перетворюють енергію розпаду стронцію-90 в електричний струм. Розміри батареї невеликі, але важить вона 1,4 тонни, оскільки забезпечена товстим свинцевим екраном, який надійно захищає мешканців морських пучини і, зрозуміло, перш за все людей від радіації - її рівень поблизу "Трістана" в п'ять разів менше допустимого.

Радянськими вченими створено ізотопний генератор електричної енергії для живлення автоматичних метеостанцій. Головне дійова особа в ньому - все той же ізотоп стронцію. Гарантійний термін служби "Бета-С" (так названий генератор) - 10 років, протягом яких він здатний забезпечувати електричним струмом потребують ньому прилади. А все обслуговування його полягає лише в профілактичних оглядах - раз на два роки. На Лейпцігському ярмарку цей генератор був удостоєний золотої медалі. Перші зразки його встановлені в Забайкаллі і у верхів'ях річки тайговій Кручина.

Число приладів різного призначення, в яких використовується радіоактивний стронцій, росте не по днях, а по годинах. Успішно діють, наприклад, товщиноміри для контролю і управління процесом виробництва паперу, тканин, тонких металевих стрічок, пластмасових плівок, лакофарбових покриттів. Ізотоп стронцію "працює" в приладах для вимірювання щільності, в'язкості та інших характеристик речовини, у дефектоскопах, дозиметрах, сигналізатори.

З борту судна, що направляється в Таллінський порт, добре видно наче виросла з води висока червона "свічка" -- атомний маяк "Відень". Головна його особливість - радіоізотопні термоелектричні генератори, в яких у результаті розпаду стронцію-90 виникає теплова енергія, що перетворюються потім у світлову. Інакше кажучи, надра атомів стронцію можна з рідним підставою вважати місцем народження потужного променя світла, легко пробивається нічну млу Балтики. Зауважимо, що традиційній посаді доглядача в штатному розкладі атомного маяка немає: лише кілька раз на рік фахівці відвідують його для огляду апаратури. Нещодавно тут виріс ще один такий маяк.

На машинобудівних підприємствах часто можна зустріти так звані бета-реле. У їх "обов'язки" входить контроль подачі заготовок на обробку, перевірка справності інструменту, правильність положення деталі і тому подібні "дрібні клопоти". Принцип дії реле простий. Мікрозаряд радіоактивного стронцію, випромінювання якого в двісті разів нижче санітарних норм, покоїться в свинцевою ампулі з крихітним віконцем, прозорим для бета-випромінювання (потоку електронів). До тих пір, поки в "полі зору" бета-променів знаходиться деталь або інструмент, тобто поки все гаразд, автоматична система спокійна. Але ось, припустимо, свердло раптово зламалося-тепер вже бета-промені, не зустрічаючи на своєму шляху перепони, потрапляють на газорозрядних приймач випромінювання. Негайно ж реле спрацьовує, зупиняючи механізми, а на пульті диспетчера спалахує сигнальний вогник, який вказує, де сталося пошкодження.

При виробництві матеріалів, які є ізоляторами (папір, тканини, штучне волокно, пластмаси і т.д.), внаслідок тертя виникають електричні заряди, що створюють напруги до декількох тисяч вольт, - В результаті може статися іскровий пробою і виникнути пожежа.

Щоб уникнути цього, донедавна застосовували складну, громіздку і дорогу апаратуру, яка дозволяє з допомогою ультрафіолетових або рентгенівських променів іонізувати навколишнє повітря і тим самим знімати електростатичні заряди. Зараз для цієї мети широко користуються стронцієвих іонізуючими джерелами - вони недорогі, не вимагають установки високовольтної апаратури, прості в експлуатації, компактні і довговічні. Нові прилади дозволили в кілька разів підвищити продуктивність прядильних і ткацьких верстатів, різко скоротити шлюб і простої через обрив ниток.

Отже, мирний стронцій все впевненіше торує собі дорогу в промисловість, попит на нього безперервно зростає. А чи зможе природа задовольнити потреби людства в цьому металі?

Більшість мінералів стронцію зустрічається досить рідко; лише вже знайомий нам стронціаніт і целестин (по-латині -- "небесний") утворюють іноді солідні скупчення. Ось як описує свою зустріч з целестин чудовий радянський геохімік і мінералог академік А. Е. Ферсман: "... раптом в одному розламаної желвачке я побачив якийсь блакитний кристалик: о, це був справжній целестин! Чудова прозора блакитна голочка, як світлий сапфір з острова Цейлон, як світлий, вигорілий на сонце волошка ".

Але целестин буває не тільки блакитним - не менше чудесні його ніжно-фіолетові, рожеві або димчасто-чорні кристали, зустрічаються в порожнинах гірських порід. Незвичайно красиві зеленуваті розсипи його дрібних зерен на друзях бурштиново-жовтої сірки.

Шляхи освіти в природі целестину (він представляє собою сірчанокислу сіль стронцію) різні, і, щоб розповісти про один з них, ми знову надамо слово академіку А. Е. Ферсману, оскільки навряд чи хто-небудь зможе розповісти про це цікавіше і поетично, ніж він:

"... Давно-давно, кілька десятків мільйонів років тому верхньоюрські море докочувались свої хвилі до потужних, тоді вже що існували Кавказьких хребтів ... На дні прибережної смуги, на камені в незліченних кількостях жили маленькі радіолярії; деякі з них були прозорі, як скло, .. інші являли собою дрібні білі кульки не більше одного міліметра, з маленьким стеблинкою, у три рази більшим, ніж тулуб. Вони сиділи на каменях, на красивих заростях мшанок, а іноді покривали навіть голки морських їжаків, подорожуючи з ними по морському дну.

Це були знамениті радіолярії-акантаріі, скелети яких складалися з голочок, числом від 18 до 32. Довгий час ніхто не знав, з чого вони утворені, і лише випадково було виявлено, що вони складаються не з кремнезему, не з опалу, а з сірчанокислого стронцію. Ці незліченні радіолярії накопичували в складному життєвому процесі сіль сірчанокислого стронцію, витягуючи її з морської води, і поступово будували свої кристалічні голочки.

відмирають радіолярії падали на дно моря. Так було покладено початок скупчень одного з рідкісних металів ..."

Додамо, що не тільки радіолярії, але й інші морські організми небайдужі до стронцію: вчені знаходили спіральні раків?? и давно вимерлих молюсків, що складаються з целестину. Деякі з них досягали значних розмірів - до 40 сантиметрів у діаметрі.

У природі є досить великі так звані вулканогенно-осадові родовища стронцію, наприклад в пустелях Каліфорнії і Арізони в США. (До речі, помічено, що стронцій "любить" жаркий клімат, тому в північних країнах він зустрічається набагато рідше.). У третинну епоху цей район був ареною бурхливої вулканічної діяльності.

Термальні води, піднімалися разом з лавою з земних надр, були багаті на стронцієм. Розташовані серед вулканів озера накопичували цей елемент, утворюючи за тисячоліття дуже солідні його запаси.

Є стронцій і у водах Кара-Богаз-Гола. Постійне випаровування вод затоки призводить до того, що концентрація солей безперервно зростає і нарешті досягає точки насичення - солі випадають в осад. Зміст стронцію в цих опадах іноді складає 1-2%.

Кілька років тому геологи виявили значну родовище целестину в горах Туркменії. Блакитні пласти цього цінного мінералу залягають на схилах ущелин і глибоких каньйонів Куштангтау-гірського хребта в південно-західній частині Паміро-Алая. Немає сумніву, що туркменський "небесний" камінь успішно послужить нашому народному господарству.

... Природі не властива квапливість: зараз людина використовує запаси стронцію, які вона почала створювати мільйони років тому. Але і сьогодні в глибинах землі, в товщі морів і океанів відбуваються складні хімічні процеси, що виникають скупчення цінних елементів, народжуються нові скарби, але дістануться вони вже не нам, а нашим далеким-далеким нащадкам.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.alhimik.ru/