Сурма - Випадок в Штальгаузенском монастирі

С.І. Венецкій

Пошуки "філософського каменю", немов епідемія, охопили середньовічну Європу. Ідея знайти чарівне речовина, з допомогою якого без особливого клопоту можна було б перетворювати на золото мало не будь-який інший метал, виглядала дуже привабливою. Особлива пристрасть до цього заняття питали, як не дивно, духовні особи, хоч їм начебто і не до лиця було уподібнюватися жадібним мирянам, безсоромно що прагнуть до збагачення. У ті далекі часи навряд чи вдалося б відшукати хоч один монастир, у келіях і підвалах якого не йшла б алхімічна напружена робота. Вдень і вночі кипіли в реторта вогненні рідини, подрібнювались і перемішувалися в ступках підозрілі порошки, але, на жаль, диво-камінь так і залишався кришталевою мрією всіх шукачів щастя.

Для батька Леонардуса, настоятеля Штальгаузенского монастиря в Баварії, думки про спасіння душі на час явно відступили на другий план. Куди важливіше було докопатися до точного рецепту "філософського каменю ". Смиренний батько перепробував вже десятки варіантів, але жоден з них не дав бажаного результату.

І тут його осінило: "А чи не спробувати змішати попіл спаленого напередодні єретика з попелом його кота (страченого разом з господарем для науки іншим тварям), та додати ще подвійне кількість землі, взятої з-під багаття ... "

Такий науковий підхід до підбору компонентів безсумнівно обіцяв успіх. Ретельно перемішавши золу з землею і пройшовши ще деякі необхідні маніпуляції з сумішшю, Леонардус нагрів її і став терпляче чекати, поки вона охолоне і перетвориться на легке прозоре речовина: адже саме так, на думку низки великих фахівців, повинен був виглядати "філософський камінь". Але, мабуть, диявол не дрімав: остившая суміш виявилася важким темним речовиною з металевим блиском. Невдоволеними настоятелю нічого не залишалося робити, як викинути плоди чергового невдалого експерименту в кут монастирського двору.

Минали дні. Якось одного разу, розгулюючи в паузах між алхімічними дослідами і молитвами по двору, батько Леонардус звернув увагу на свиней, із задоволенням полізивающіх викинутий їм камінь. До того ж він помітив, що свині за останній час помітно роздобрів.

"Не інакше як цей камінчик властивостями поживними володіє, - збагнув хитрий настоятель. - Якщо підгодувати їм ченців, то можна, мабуть, чимось поживитися і без філософського каменю ". Задумано-зроблено. Швиденько приготував він нову порцію свого "фірмової страви", і вже на наступний день худосочні ченці отримали на сніданок кашу з чудодійною приправою. Але дияволу явно не спалося: наступного ранку все сорок ченців Штальгаузенского монастиря померли в страшних муках. Тільки тепер зрозумів Леонардус, який великий гріх взяв він на душу. З цього дня він зарікся проводити свої експерименти, а нещасливий камінь прозвав "антімоніумом", тобто засобом проти ченців.

Така одна з версій походження назви елемента, відомого у нас як сурма. За достовірність описаних подій ручатися важко: покладаємо відповідальність за неї на популярного чеського письменника Ярослава Гашека, розповідаючи про цю історію у своєму оповіданні "Камінь життя ".

За іншою версією, назва ця, що збереглася, до речі, в багатьох мовах, походить від грецьких слів "Антосьові аммонос" -- квітка бога Амона (Юпітера): зростки голчастих кристалів мінералу сурм'яний блиску (антимонітом) справді нагадують квіти. Деякі історики хімії вважають, що слово "антимонії" - похідне від грецького "антімонос". тобто противник самоти: цим як би підкреслювався той факт, що в природі сурма не зустрічається на самоті, а завжди живе в компанії з іншими елементами.

Є й інші версії, але як би там не було, а в 1789 році знаменитий Антуан Лавуазьє під такою назвою включив сурму в складений ним список відомих на той час хімічних елементів. Русское назву "сурма" походить від турецького "сюрме", що перекладається як "натирання" або "чорніння брів". У старих часів на Русі існувала вираз "насурьміть брови", хоча фарбою для брів служили не тільки з'єднання сурми. Ця назва закріпилася спочатку за фіолетово-чорній трехсерністой сурмою, а потім перейшло до елементу № 51.

Латинське ж назву його "стібіум" відбувається або від грецького слова "стібі" - так називався мінерал сурм'яний блиск, або від слова "стіммі". що означало сурм'яний фарбу, яку гречанки використовували для косметичних цілей. Знайомство людини з сурмою налічує вже не одне тисячоліття: у країнах Стародавнього Сходу (наприклад, в Вавілонському царстві) з неї виготовляли вази, різні судини та інші предмети.

Перша відома нам книга, в якій детально описані властивості сурми та її сполук. - "Тріумфальна колісниця антимонії ", видана в 1604 році. Її автор увійшов в історію хімії під ім'ям німецького ченця-бенедиктинців Василя Валентина. Хто ховається під цим псевдонімом, встановити не вдалося, але ще в минулому столітті було доведено, що в списках монахів ордену бенедиктинців брат Василь Валентин ніколи не значився. Є, правда, відомості, ніби-то в XV столітті в ерфуртському монастирі жив чернець на ім'я Василь, дуже сильний в алхімії: деякі належні йому рукописи були знайдені після його смерті в ящику разом з порошком золота. Але ототожнювати його з автором "Тріумфальної колісниці антимонії", мабуть, не можна. Найімовірніше, як показав критичний аналіз ряду книг Василя Валентина, вони написані різними особами, причому не раніше другої половини XVI століття.

Ще середньовічні металурги та хіміки помітили, що сурма кується гірше, ніж "класичні" метали, і тому разом з цинком, вісмуту і миш'яком її виділили в особливу групу -- "напівметали". Для цього були й інші "вагомі" підстави: за алхімічних поняттями, кожен метал був пов'язаний з тим чи іншим небесним тілом.

"Сім металів створив світ за кількістю семи планет "- говорив один з найважливіших постулатів алхімії. На якомусь етапі людям і справді були відомі сім металів і стільки ж небесних тіл (Сонце, Місяць і п'ять планет, не рахуючи Землі). Не побачити в цьому глибоку філософську закономірність могли тільки повні профани і невігласи.

Струнка алхімічна теорія свідчила, що золото представлено на небесах Сонцем, срібло-це типова Місяць, мідь безсумнівно пов'язана родинними узами з Венерою, залізо явно тяжіє до Марса, ртуть відповідає Меркурію, олово уособлює Юпітер, а свинець - Сатурн. Для інших елементів в рядах металів не залишалося жодної вакансії.

Якщо для цинку і вісмуту така дискримінація, викликана дефіцитом небесних тіл, була явно несправедливою, то сурма з її своєрідними фізичними і хімічними властивостями і справді не має права була нарікати на те, що опинилася в розряді "напівметали".

Судіть самі. За зовнішнім виглядом кристалічна, або сіра, сурма (це її основна модифікація) - типовий метал сіро-білого кольору з легким синюватим відтінком, який тим сильніше, чим більше домішок (відомі також три аморфні модифікації: жовта, чорна і так звана вибухова). Але зовнішність, як відомо, буває оманливою, і сурма це підтверджує. У відміну від більшості металів, вона, по-перше, дуже крихка і легко стирається в порошок, а по-друге, значно гірше проводить електрику і тепло. Та й в хімічних реакціях сурма виявляє таку подвійність, що не дозволяє однозначно відповісти на питання: метал вона чи не метал.

Немов у помсту металів за те, що вони неохоче беруть її в свої ряди, розплавлена сурма розчиняє майже всі метали. Про це знали ще за старих часів, і не випадково у багатьох дійшли до нас алхімічних книгах сурму та її сполуки зображували у вигляді вовка з відкритою пащею.

У трактаті німецького алхіміка Михайла Майера "Та, що біжить Атланта", виданому в 1618 році, був поміщений, наприклад, такий малюнок: на передньому плані вовк пожирає що лежить на землі царя, а на задньому плані той же цар, цілий і неушкоджений, підходить до берега озера, де стоїть човен, яка повинна доставити його в палац на протилежному березі. Символічно цей малюнок зображував спосіб очищення золота (цар) від домішок срібла і міді з допомогою антимонітом (вовк) - природного сульфіду сурми: при сплаву золота з антимонітом срібло та мідь перетворювалися на сульфіди, а золото утворювало з'єднання з сурмою, яке потім обробляли струменем повітря - сурма втрачалася у вигляді триоксид, і виходило чисте золото. Цей спосіб існував до XVIII століття.

У земній корі сурми небагато - всього 5 * 10-5%. Тим не менш вона входить до складу приблизно ста мінералів, найпоширеніший з яких - сурм'яний блиск (він же антимонії, він же стібніт), що містить більше 70% сурми і службовець основним промисловим сировиною для її отримання. Інші важливі мінерали цього елемента - кермезіт, сервант (сурм'яний охра), Валентина.

Зафіксовані випадки присутності сурми в складі метеоритів, а ось на Сонце, де спектральним аналізом вже виявлені багато елементи, сурму поки знайти не вдалося.

Значні родовища сурм'яний мінералів розташовані в Китаї, Чехословаччині, Болівії, Мексиці, Японії, США, у ряді африканських країн. У дореволюційній Росії сурму зовсім не здобували, та й родовища її були не відомі (на початку XX століття Росія щорічно ввозила з-за кордону майже по тисячі тонн сурми). Правда, ще в 1914 році, як писав у своїх спогадах видатний радянський геолог академік Д. І. БОВА, ознаки сурм'яний руд він виявив в Кадамджайському гребені (Киргизія). Але тоді було не до сурми.

Геологічні пошуки, продовжені вченим через майже два десятиліття, увінчалися успіхом, і вже в 1934 році з Кадамджайський руд почали отримувати трехсерністую сурму, а ще через рік на дослідному заводі була виплавлено перша вітчизняна металева сурма. Вже до 1936 повністю відпала необхідність у покупці її за кордоном.

Отримати сурму з руди або концентрату - справа нескладне: за допомогою заліза її витісняють з сульфідів, а вуглець допомагає їй розлучитися з киснем. Можна скористатися й гідрометалургійних методами: перевести сурму спочатку в розчин, а потім витягнути її шляхом електролізу. Але біда в тому, що одержувана всіма цими способами сурма НЕ блищить чистотою: вміст у ній домішок (заліза, міді, миш'яку, сірки і інших) досягає часом 10-15%.

На такий товар мисливців знайдеться небагато, тому чорнову сурму доводиться піддавати очищенню. Її знову розплавляють, додаючи в піч такі речовини, які активно взаємодіють з домішками: сірку пов'язують залізом, миш'як виганяють содою, а залізо і мідь покірно видаляються після втручання сульфіду сурми. Цей метод називається вогневим рафінуванням.

Відомий інший метод очищення - електролітичний. Струм, проходячи через електроліт, яким заповнені великі ванни, виявляє особлива увага до атомів сурми і надсилає їх на один з електродів (катод), де вони тісно "туляться" один до одного. До домішках ж такого вшанування немає, і їм доводиться залишатися в розчині.

Рафінована сурма містить вже не більше 0,5 - 0,8% чужих атомів, а й такий метал задовольняє не всіх споживачів: для напівпровідникової промисловості, наприклад, потрібно сурма 99,999%-ної чистоти. Щоб отримати її, застосовують крісталлофізіческій метод очищення -- зонний плавку. Довгий циліндричний злиток сурми укладають у графітовий контейнер (у вигляді коритця) і поміщають в кварцову трубку, навколо якої розташований кільцевої електричний нагрівач. У процесі плавки нагрівач переміщається щодо злитка, розплавляючи по черзі все нові й нові порції металу.

Коли "покинута" нагрівачем порція сурми застигає, все що містяться в ній домішки перебираються в наступну зону, де метал знаходиться в рідкому вигляді. Це відбувається в силу фізичного закону, за з яким при кристалізації речовини домішки "не мають права" застигати разом з ним, а повинні залишатися в рідкій фазі. (За прикладами ходити далеко не треба: крижаний панцир, що покриває взимку північні моря, не містить солей, хоча в морській воді їх досить багато).

Поступово переміщаючись разом із зоною розплавленого металу, всі домішки врешті-решт опиняються на краю злитка. Цю частину його відрізають, а всю решту сурму - тепер уже надчистих - здають на склад готової продукції. Втім іноді, в особливо відповідальних випадках, зонну плавку повторюють кілька разів. Для дотримання хімічної стерильності процес ведуть в атмосфері інертного газу (аргону), що не бажає вступити ні в які реакції.

Підданий багатостадійної очищенню метал здатний задовольнити найвибагливішого споживача. Не випадково на Всесвітній виставці в Брюсселі, що проходила в 1958 році, надчистих сурма Кадамджайський комбінату була визнана кращою в світі і затверджена як світовою еталона.

Саме таку сурму використовують як добавку легуючих (всього-на-всього 0,000001%!) до одного з найважливіших напівпровідникових матеріалів -- германію, що значно покращує його якість. Але якщо в ній на тисячі атомів виявиться хоча б один атом міді, то добавка замість користі принесе тільки шкоду. Ось чому перш ніж потрапити на заводи, які виготовляють напівпровідникові прилади, сурма і проходить той довгий шлях, про який було розказано вище. До речі, деякі її сполуки (зокрема, з галієм і індіем) - самі відмінні напівпровідники. Багато напівпровідникові матеріали, що містять сурму, були отримані в умовах невагомості на борту радянської орбітальної наукової станції "Салют-6" і американської станції "Скайлеб".

На виготовлення напівпровідників витрачається порівняно небагато сурми. Основна її кількість йде на виробництво різноманітних сплавів - їх налічується близько двохсот.

Ще в працях найбільшого металурга середньовіччя Георга Агріколи, що жив в XVI столітті, ми знаходимо такі рядки: "Якщо шляхом сплавки певна порція сурми додається до олова, виходить друкарський сплав, з якого виготовляється шрифт, який застосовується тими, хто друкує книги ".

І сьогодні сплав свинцю з сурмою і оловом (гарт) -- неодмінний атрибут будь-якій друкарні. Розплавлена сурма, на відміну від інших металів (крім вісмуту і галію), при затвердінні збільшує свій обсяг. Тому при відливання шрифту друкарський сплав, який містить сурму, застигаючи в ливарні матриці, розширюється, завдяки чому щільно її заповнює і, отже, дуже точно відтворює дзеркальне зображення літери, цифри або будь-якого іншого знака, який потім, під час друку, повинна бути перенесена на папір. Крім цього, сурма додає типографського сплаву твердість і зносостійкість - дуже важливі властивості, якщо врахувати, що кожна літера виконує свої функції десятки тисяч разів. На схильності остигає сурми до "повноті" засноване використання її сплавів для художнього лиття, де необхідно зберігати найтонші деталі оригіналу.

Тверді та корозійностійкі сплави свинцю з сурмою застосовують в хімічному машинобудуванні (для облицювання ванн та іншої кислототривкої апаратури), а також для виготовлення труб, за якими транспортуються кислоти, луги та інші агресивні рідини. А з них роблять оболонки, що огортає різні кабелі (електричні, телеграфні, телефонні), грати свинцевих акумуляторів, сердечники куль, дріб, шрапнель.

Широко застосовують підшипникові сплави (бабіти), в складу яких входять олово, мідь і сурма. Перший сплав такого типу був створений ще в 1839 році американським інженером І. бабітом. Незважаючи на "солідний вік ", ці матеріали досі у великій пошані в конструкторів. Особлива структура - наявність твердих частинок в м'якій пластичної основі -- обумовлює високі антифрикційні властивості бабітів: малий коефіцієнт тертя в підшипниках, залитих цими сплавами, хорошу прірабативаемость, великий опір стирання. Непоганий антифрикційний матеріал - чавун, легований сурмою (0,5 %).

В останні роки сурма почала надавати деякі "послуги" ... криміналістиці. Справа в тому, що летить куля залишає за собою вихровий потік, в якому є мікрокількості ряду елементів-свинцю, сурми, барію, міді. Осідаючи на землю, підлогу або іншу поверхню, вони залишають на ній невидимий слід.

Невидимий? Виявляється, сучасна наука дозволяє побачити цей слід, а значить, і узнати напрямок кулі. На обстежувану поверхню накладають смужки вологою фільтрувального паперу, потім їх поміщають в ядерний реактор і піддають бомбардуванні нейтронами. Внаслідок "обстрілу" деякі атоми, прихоплені папером (у тому числі атоми сурми), перетворюються на радіоактивні ізотопи, а ступінь їх активності дозволяє судити про зміст цих елементів у пробах і таким чином визначити траєкторію і довжину польоту кулі, характеристику самої кулі, зброї і боєприпасів.

Різноманітна "діяльність" і з'єднань сурми. Їх використовують, наприклад, для вулканізації каучуку у виробництві гуми. Триоксид сурми служить вогнестійкою добавкою до тканин - нею просочують театральні завіси, драпірування, брезенти. Виготовлених на його основі фарбою "сурьмін" фарбують підводну частину і надпалубние споруди кораблів. Як пігмент з'єднання цього елемента входять до складу багатьох фарб, що застосовуються у живописі ( "неаполітанська жовта"), в виробництві кераміки та порцеляни, білого молочного скла і емалі для кухонної посуду.

З'єднання сурми кожен з нас не раз тримав у руках: бокова поверхня сірникової коробки покрита складом, який, поряд з червоним фосфором, містить сульфід сурми (вони-то і додають "тертці" темно-коричневий колір).

Деякі її солі явно схильні до піротехнічних ефектів. Втім, і чиста сурма здатна влаштувати надзвичайно красивий феєрверк: якщо в посудину, заповнений хлором, обережно, невеликими порціями, всипати дрібний порошок сурми, то крупиці її тут же будуть спалахувати яскравими зірочками; посудину ж невдовзі наповниться білим димом утворився пентахлоріда. А вибухова сурма (про цю модифікації говорилося вище) настільки нестійка, що вибухає при будь-якому зіткненні або невеликому нагріванні, перетворюючись при цьому в звичайну сіру сурму.

Не так давно, у 1974 році, в СРСР було зареєстровано відкриття, в основі якого лежать складні біохімічні процеси, що здійснюються ... бактеріями.

Багаторічне вивчення сурм'яний родовищ показало, що сурма в них поступово окислюється, хоча за звичайних умов такий процес не протікає: для цього потрібні високі температури - понад 300 ° С. Які ж причини змушують сурму порушувати хімічні закони? Мікроскопічна дослідження зразків окисленої руди показало, що вони густо "заселені" невідомими перш мікроорганізмами, які і були винуватцями окисних "подій" на рудниках. Але, окислів сурму, бактерії не заспокоювалися на досягнутому: енергію окислення вони тут же "пускали в хід" для здійснення хемосинтезу, тобто для перетворення вуглекислоти в органічні речовини.

Явище хемосинтезу вперше виявлено та описано ще в 1887 російським вченим С. Н. Виноградським. Проте до цих пір науці були відомі лише чотири елемента, при бактеріальному окисленні яких виділяється енергія для хемосинтезу: азот, сірка, залізо і водень. Тепер до них додалася сурма.

Список літератури

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