Металлообрабатывающая, машиностроительная, химическая, стекольная промышленности, сельское хозяйство и ряд других отраслей являются потребителями меди. В капиталистических странах главным потребителем меди является военная промышленность. В годы жесточайшего кризиса в капиталистическом мире не испытывали затруднений только предприятия, добывающие и перерабатывающие медь. Они готовили металл для войны. По сей день на полях битв в земле окисляются латунные гильзы, кусочки меди от снарядных поясков, солдатских котелков, деталей сбитых самолетов.
Несмотря на большие успехи в технике добычи и сравнительно большое содержание меди в земной коре (0,003 % от общего числа атомов), с начала XX в. ощущается дефицит меди. Месторождения меди, имеющие промышленное значение, состоят, главным образом, из сульфидов — соединений меди с серой. Однако содержание меди в этих рудах редко превышает два процента. Извлечение меди поэтому возможно лишь после искусственного увеличения процентного содержания соединений меди путем отделения пустой породы.
Сложный процесс переработки руд на металлическую медь заканчивается электролизом. Чистота электролитической меди составляет около 99,9 %. Побочными продуктами на дне электролизной ванны остаются примеси, сопровождающие медь, — золото, серебро, а иногда и платина. Эти «отходы» иногда окупают расходы электролиза.
Новейшим промышленным методом получения меди является подземное растворение медных руд. Известен этот метод сравнительно давно, но внедрен в промышленность лишь на трех месторождениях в мире. В пласт нагнетают разбавленную серную кислоту, раствор откачивают на поверхность и подвергают электролизу.
Медь относится к числу биоэлементов. Являясь ускорителем внутриклеточных химических процессов, медь в небольших количествах необходима для нормального развития растений и животных. Из представителей животного мира наибольшие количества меди содержат осьминоги, устрицы и некоторые другие моллюски. Медь в крови некоторых ракообразных и головоногих играет ту же роль, что железо в крови других животных. Медь входит в состав их дыхательного пигмента — гемоцианина. Соединяясь с кислородом воздуха, это вещество синеет (вот почему у улиток «кровь» голубая), а отдавая кислород тканям — обесцвечивается, т. е. выполняет функцию гемоглобина — переносчика кислорода. Содержание меди в гемоцианине достигает 0,33–0,38 %. У высших животных и человека медь содержится главным образом в печени. Недостаточное поступление меди с пищей, а ежедневная потребность в ней человека составляет 0,005 г, ведет к развитию малокровия, снижению гемоглобина, слабости и т. д. Медь содержится в молоке. Интересно отметить, что клетки опухолей содержат весьма мало меди. И с этой точки зрения заслуживает внимания факт применения в народной медицине соединений меди для лечения опухолей.
Растворимые соединения меди ядовиты. Поэтому предметы хозяйственного обихода — самовары, чайники, кастрюли и т. д., сделанные из меди, покрывают внутри слоем олова — лудят. Олово защищает медь от растворения и предупреждает возможность пищевых отравлений.
Утраченный и вновь найденный
30. Цинк — Zincum (Zn)В 1871 г. Д. И. Менделеев предсказал существование элемента, расположенного между галлием и мышьяком в пятом ряду и между кремнием и оловом в четвертой группе. Замечательно, что Д. И. Менделеев, назвав новый элемент экасилицием, предсказал не только свойства самого экасилиция и его окиси, что им было сделано в отношении экаалюминия и экабора, но также и некоторых его соединений. 15 лет спустя немецкий химик Винклер открыл элемент, названный им в честь своей родины германием. Свойства германия дали наилучшее совпадение со свойствами экасилиция.
Сам Винклер, пораженный гениальностью русского химика, писал: «Вряд ли может существовать более яркое доказательство справедливости учения о периодичности элементов…».
Да! Открытие Д. И. Менделеева не имеет себе равных в науке. Не случайно, оценивая это открытие, Ф. Энгельс сравнил его с научным подвигом. И если раньше на периодический закон многие крупнейшие ученые, современники Д. И. Менделеева, смотрели через призму скептицизма, то после опубликования работ Винклера по исследованию германия в разных странах стали появляться один за другим претенденты, оспаривавшие у Д. И. Менделеева честь открытия периодического закона.
В книгах, изданных совсем недавно, в 1955 г., утверждают, что германий относится к «металлам будущего». Говорить о будущем не приходится. Уже сейчас заводы выпускают радиоприемники, в которых громоздкие и хрупкие радиолампы заменены полупроводниковыми триодами и диодами, изготовленными из германия. Эти полупроводники весят десятые доли грамма, а весь радиоприемник не превышает размеров папиросной коробки. Кристалл германия заменяет целые установки выпрямителей. Без германия не было бы радиолокаторов, с помощью которых можно за десятки километров обнаруживать летящий самолет, ледяную гору, плавающую в океане на пути кораблей, измерить расстояние до Луны.
Применение германия в полупроводниковой технике разнообразно. Полупроводниковые приборы не только выпрямляют ток, усиливают радиоколебания, но и превращают тепловую энергию в электрическую. Первые генераторы такого рода были созданы советскими учеными уже в начале Великой Отечественной войны. Они имели вид обыкновенных солдатских котелков и предназначались для питания раций партизанских отрядов, действовавших в тылу врага на временно оккупированных им территориях. Стоило только налить в такой «котелок» воды, нагреть ее на пламени костра, и рация получала необходимый для работы ток.
Портативные генераторы, надевающиеся на стекло обыкновенной 20-линейной керосиновой лампы, превращают излучаемое ею тепло в электрический ток, достаточный для питания радиоприемника. Работами академика А. Ф. Иоффе доказана возможность использования полупроводниковых аппаратов для охлаждения летом и обогревания зимой целых квартир.
Германий — металл с очень высоким электрическим сопротивлением, в 57 000 раз большим, чем у меди. С повышением чистоты металла сопротивление … возрастает. Можно назвать еще ряд свойств, которые ставят германий в ряд исключительных и ценных металлов. Например, сплав германия с золотом сохраняет цвет золота и расширяется при охлаждении. Добавление двуокиси германия к стеклу позволяет получить оптические стекла с очень высоким показателем преломления.
Германий содержится всего лишь в двух очень редких минералах: аргиродите (минерал, состоящий из сернистого серебра и сернистого германия) и германите (основу минерала составляет сернистая медь и сернистый германий). Содержание германия в других источниках — золе некоторых каменных углей, цинковых рудах — очень мало.
Германию свойственна аллотропия, причем одна из аллотропных форм германия по своему внешнему виду напоминает металлы и называется металлической.
По многочисленным ступеням сложной обработки должны пройти тысячи тонн сырья, прежде чем из них будет выделено заметное количество чистого металла. С точки зрения полупроводниковой техники это абсолютно грязный и совершенно не обладающий свойствами полупроводников материал. Для радиотехники необходим германий, в котором примеси не должны превышать десятимиллионных долей процента. Иными словами, на миллиард атомов германия может приходиться … один атом примесей! Наличие в десяти миллионах атомов германия только одного атома мышьяка, фосфора или сурьмы сильно снижает его полупроводниковые свойства.
Распылением германия в земной коре и трудностями получения его в чистом виде объясняется малое производство германия при столь ценных его свойствах. Например, в 1946 г. выпуск германия в США составлял всего лишь 800 кг.
Чешские журналисты Ганзелка и Зикмунд — авторы популярной книги «Африка грез и действительности» и увлекательного фильма «По Африке» — показали еще одну причину малого производства германия. Во время посещения медного рудника в Конго (Южная Африка) они были в районе, который богат редким минералом германитом (район Тсумеб). Когда экскурсия закончилась, в присутствии журналистов произошел следующий разговор: