Молибден
Молибдена, как и титана, в земле немало. А добыть из руды чистый металл - долгая и трудная работа. Но ничего не поделаешь, приходится эту работу проделывать, потому что молибден нам очень нужен.
Почему и для чего он нужен, узнали случайно. В старину славились своей прочностью дамасские кинжалы и японские мечи. Равных им в мире не имелось. Они были такие твердые, что могли перерубить всякий другой меч или кинжал. А остры они были так, что перерубали шелковинку на лету. Труднее задачи для острия не придумаешь. И еще было у них одно замечательное качество - острие не тупилось.
И в Дамаске - столице азиатской страны Сирии - и в Японии мастера строго хранили тайну изготовления мечей и кинжалов. Они по секрету передавали ее своим сыновьям или подмастерьям. Случилось так, что в обеих странах последние мастера умерли, никому не передав тайны. И потом целые века никто не мог разгадать их секрета. Только лет сто пятьдесят назад русский инженер П. П. Аносов после долгих лет труда сумел сделать клинок, равный дамасскому. А недавно была открыта тайна японских мечей: оказалось, что в сталь, из которой их ковали, добавлялся молибден.
Вот тогда и стало ясно, как важен этот металл: добавишь его в сталь - и можно изготовлять долговечные острые резцы.
У молибдена есть еще качество, которого старинные японские мастера, вероятно, не знали. Оно и не нужно было для мечей. А вот для резцов, обрабатывающих сталь, очень важно: молибден еще более тугоплавкий, чем титан. Очень прочные получаются резцы: сталь + хром + титан + молибден +…
Как, еще что-нибудь нужно? Да, очень! Сейчас узнаешь, что именно, только прежде закончу про молибден.
Когда подбавили молибден в сталь для танков и эти танки вышли в бой, оказалось, что нет снаряда, который мог бы пробить их броню. Потом, конечно, сумели и для снарядов найти сталь покрепче. А тогда и броню начали делать другую, еще крепче. Так в войнах и шла все время борьба между броневой сталью и снарядной - какая окажется крепче.
Борьба эта могла идти потому, что есть тысячи способов изготовлять прочную сталь, прибавляя в нее другие металлы: то совсем немного, то побольше. И у каждого сорта такой специальной стали будут свои свойства, отличающие ее от других сортов.
Я рассказал только о некоторых, самых важных присадках к стали, чтобы познакомить тебя с разными металлами, с их свойствами.
Кстати, хочешь посмотреть, как выглядит молибден? Это очень просто. Взгляни на электрическую лампочку. Светящаяся нить держится на тонких стерженьках. Они сделаны из молибдена. А нить из какого металла?
Но подожди, нас еще ждут резцы, которые сделаны из стали + хром + титан + молибден +
Вольфрам
Вольфрам изо всех металлов самый-самый тугоплавкий. Вот это свойство и сделало его таким важным для нас. Нужно вольфрам нагреть до 3400 градусов, чтобы он расплавился! А это возможно только в электрической печи. Многие металлы при такой температуре обращаются в пар. А чтобы вольфрам обратить в пар, нужно его отправить на поверхность солнца. Там как раз подходящая для этого температура - 6000 градусов.
Помнишь, когда открыли секрет японских мечей, оказалось, что их делали из стали с молибденом. А в стали дамасских клинков нашли вольфрам. Значит, одно важное свойство вольфрама мастера знали уже несколько веков назад: подбавишь его к стали - и можно делать очень острые, нетупящиеся лезвия кинжалов или мечей.
Но главное свойство вольфрама - тугоплавкость - сумели использовать только недавно.
Резец, сделанный из сплава стали с хромом, титаном, молибденом и вольфрамом, срезает за одну минуту два километра стружки со стальной заготовки. Два километра! Столько за минуту проходит самый быстрый поезд.
Необходим вольфрам для резцов.
Но есть и другое дело, для которого он незаменим. И дело это вольфрам выполняет своими силами, без стали.
Больше ста лет назад появилась первая электрическая лампочка накаливания. В этой лампочке по угольной нити проходил электрический ток. Нить накалялась и начинала светиться. Она давала не белый, а желтоватый свет и брала довольно много электрического тока. А главное - угольная нить не выдерживала долго высокой температуры накала и скоро рвалась, перегорала.
Изобретатели понимали, что металлическая нить была бы лучше угольной. Но никак не удавалось найти подходящий металл.
Для того чтобы свет был белый, нить должна раскаляться добела. А для того чтобы она не брала слишком много тока, нить должна быть тонкой, как волос.
Никак не удавалось подобрать металл, тоненькая нить которого накалялась бы добела и не рвалась, не плавилась. Самые стойкие, самые редкие металлы пробовали - ничего не получалось.
Больше тридцати лет продолжались поиски и опыты.
Ты уже догадался, конечно, что нужным металлом оказался вольфрам. Из него и теперь во всем мире делают нити для лампочек. До трех тысяч градусов накаляется тоненькая нить вольфрама, а ему хоть бы что. Вечер за вечером зажигаешь ты все ту же лампочку с вольфрамовой нитью, которая держится на молибденовых стерженьках. И она верно служит тебе год, а то и больше.
Ванадий
Для резцов, для брони вместе с теми металлами, о которых я говорил, добавляют еще в сталь ванадий. Это металл легкий, но твердый. Находят его в разных минералах, не в руде, а крупинками. Чтобы добыть килограмм ванадия, приходится обычно размалывать около тысячи килограммов камней.
С ванадием получилось так же, как с вольфрамом. Чтобы сделать сталь годной для крепких резцов или для брони, есть много способов. Прибавляют в сталь то один, то другой металл или несколько разных - одних больше, других поменьше.
А есть вещи, для которых только один металл годится и ничем его не заменить. Как электрические лампочки делают с вольфрамовой нитью, так автомобили делают из стали с ванадием. Часто ванадий даже называют автомобильным металлом. Один из первых создателей автомобиля говорил, что не было бы ванадия, не было бы и автомобилей.
Прежде всего он нужен для автомобильных моторов. Можно бы и без ванадия сделать прочный мотор, да он будет весить в два раза больше. Ты ведь понимаешь: чем легче автомобиль, тем быстрее его ход. А ванадий - металл легкий, и притом увеличивает прочность стали.
Но он нужен не только для мотора. Важная часть автомобиля - рессоры. Это тонкие стальные полосы, положенные одна на другую. Они так укреплены под кузовом автомобиля, что смягчают толчки, когда дорога неровная. Едешь в автомобиле, и тебя не подбрасывает на ухабах, а только слегка покачивает. Без рессор ломкие грузы нельзя было бы перевозить на автомобилях.
Какая сталь нужна для рессор? Гибкая, чтобы полосы, из которых состоят рессоры, легко прогибались и потом опять выравнивались.
Вот присадки ванадия к стали и позволяют делать гибкие стальные полосы для рессор.
Но нам нужна и такая сталь, которая гнулась бы, а потом выпрямлялась еще лучше, чем рессорная. Для чего? Ну хотя бы для часовых пружин.
И тут выручает ванадий. Этот металл неутомим и упрям. Каждый день ты заводишь часы, иначе говоря, сжимаешь их пружину. А она упрямо стремится выпрямиться. День за днем, год за годом повторяется то же самое - ты сжимаешь пружину, а она сопротивляется, стремится выпрямиться и этим приводит в движение часовой механизм. И не устает. Она скорее лопнет (если ты перекрутишь завод), чем согласится оставаться сжатой. Это ванадий делает ее такой упрямой.
Сколько нам нужно железа
Из всех металлов человеку нужно больше всего железа, особенно много нужно стали, чугуна поменьше.
Когда машин еще было немного - в прошлом веке, - на каждого человека приходилось около килограмма железа в год.
А теперь, если сосчитать, сколько на земле живет людей и сколько в год выплавляется чугуна и стали, то окажется, что на каждого человека - значит, и на тебя - приходится столько железа, что тебе и не поднять: больше половины того, что ты сам весишь.
Ты можешь возразить: ни в комнате, ни в классе не найдешь столько железных вещей, чтобы на каждого так много выходило.
Согласен. Только ты не подумал, сколько нужно железа, чтобы сделать все нежелезные вещи, которыми пользуются люди. И не только вещи. Сколько в куске хлеба, который ты съел за завтраком, железа? Скажешь, нисколько? А вот давай сообразим.
Пахали землю стальным плугом, а вел плуг по полю трактор, сделанный из чугуна и стали. Затем пошли в ход железные сеялки. А к осени прибыл на поле комбайн - снимать урожай, молотить зерно. Комбайн большой. Чтобы его построить, нужно много стали.
Повезли в грузовиках зерно к железной дороге. Мотор грузовика, его колеса, и рессоры - все стальное. А дорога не зря называется железной - рельсы стальные, колеса по ним катятся стальные, тепловоз из стали и чугуна…
Видишь, сколько нужно железа, чтобы ты кусок хлеба съел? Не сосчитаешь! Нет ни одной вещи вокруг тебя, которая сделана без помощи железа. Для твоей парты деревья валили в лесу стальными топорами и пилами. На доски их резали тоже пилами. Из досок все части для парты готовили стальными инструментами. И какую вещь ни возьмешь - если сама она не железная, - железо участвовало в ее изготовлении и перевозке.
Богатырский металл - железо! Впрочем, погоди, так ли это? Ведь чистое железо - мягкий металл, сам по себе он ни на что не пригоден. Но люди научились изготовлять из железа могучий металл - сталь.
А прибавив к стали немного кремния и марганца, такого хрупкого, что из него ничего не сделаешь, получают металл еще крепче простой стали. Видишь, я был прав, когда в начале книжки говорил, что не все металлы сами по себе богатыри. Силачами их делают люди.
Железобетон
Идешь ты мимо большого высокого дома и можешь не догадаться, что он на железе держится. Железа не видно. Стены как стены - серые, если дом не оштукатурен и не покрашен.
Я хочу тебе рассказать, откуда взялись дома, которые держатся на железе.
Жил в Париже садовник - это было в прошлом веке. Как-то остался он без денег. А у него в оранжерее были пальмы. Можно бы их продать, получить деньги, да нужны кадки. У пальм очень крепкие корни; они, вырастая, непрочную кадку разламывают. Обычно делали кадки из крепких дубовых досок, а когда корни вырастали и разламывали кадку, пальму пересаживали в другую кадку - побольше.
Но у садовника не было ни дубовых досок, ни денег, чтобы их купить. А был у него дома цемент. Знаешь, что это такое? Перемолотые камни с глиной или перемолотый глинозем. Если цемент смешать с водой, получается тесто, которое на воздухе твердеет. Когда строят кирпичный дом, то кирпич с кирпичом скрепляют цементом. А если к цементу прибавить вместе с водой и песок, то получится, когда эта смесь затвердеет, прочный строительный материал - бетон. Из бетона можно дома строить: он крепче кирпичей.
Вот наш садовник и решил сделать бетонные кадки. Неудачно получилось. Они были очень тяжелыми и легко раскалывались при падении. Тогда садовник еще стянул сверху бетонную кадку железными обручами и поперек железные прутья воткнул. Вот тогда вышла очень крепкая кадка. Только безобразная: серый бетон в сетке из железа, которое на воздухе скоро ржавело. Кто же купит красивую пальму в такой уродливой кадке? Садовник тогда вот какую хитрость придумал: он сперва сделал железную сетку, а потом залил ее с обеих сторон бетоном так, что сетка внутри бетона осталась.
Кадка получилась такая прочная, каких еще никогда садовник не видел. Все удивлялись. Слой бетона был совсем тонкий, а кадку хоть на каменный пол бросай - не расколется. И корни пальм не могли сломать кадку - они в ней послушно сгибались.
Попробовал садовник другие вещи таким же способом делать, все получались на редкость прочными. Но он всякие пустяки изготовлял и не догадался, что случайно сделал одно из самых важных изобретений века.
Когда знающие люди изучили, почему так необыкновенно прочны кадки садовника, оказалось, что бетон и железо словно нарочно созданы, чтобы дополнять друг друга. Железо хорошо сопротивляется ударам, но легко гнется. Бетон как раз наоборот - не гнется, зато не выносит ударов и сильного давления. Потому так легко раскалывались у садовника бетонные кадки. А железо с бетоном и не гнется и не ломается.
Но это еще не все. Ты, вероятно, знаешь, что все вещества от тепла расширяются, а от холода сжимаются. Но неодинаково. Одни вещества расширяются и сжимаются больше, чем другие. А бетон и железо расширяются от тепла и сжимаются от холода одинаково. Это делает материал очень прочным. Назвали его «железобетон».
У него много важных достоинств. Например, при пожаре железные сооружения размягчаются, гнутся и обрушиваются. А железобетон огнестоек - он выдерживает высокую температуру огня и холодную струю воды, которой тушат пожар. Кроме того, железо, покрытое бетоном, не ржавеет, потому что бетон не пропускает воду.
Когда все это узнали, стало понятным, что из железобетона надо делать не цветочные кадки, а самые большие и прочные сооружения: здания для заводов, высокие дома, большие мосты и плотины.
Так случайно парижский садовник создал материал, которым и до сих пор пользуются для постройки самых прочных сооружений.
Железо, чугун, сталь и все сплавы стали с другими металлами называют черными металлами. Все остальные металлы - цветными.
Сейчас я тебе расскажу об одном из самых важных цветных металлов.
МЕДЬ И ЕЕ ДРУЗЬЯ
Ты, конечно, видел медные вещи, может быть, кастрюли, хотя теперь их редко делают из меди. И уж наверное видел медный электрический провод.
Медь легко узнать по цвету - она рыжевато-красная.
Судьба у меди не простая.
Этот металл первобытные люди знали намного раньше, чем железо. Медь иногда попадалась им также, как и золото, самородками - это были куски металла, не скрытые в руде, а свободные от минералов, как бы сами родившиеся.
В то время у людей было только одно орудие труда - каменный топор. И вот нашли они медь. Попробовали, что крепче - камень или медь. Оказалось, что камень крепче.
Медь - металл довольно мягкий, непрочный. А что первобытные люди пробовали ее крепость, мы знаем: нашли куски меди, обрубленные каменными топорами. Но все же из меди тоже стали делать топоры, может быть и оружие для охоты. Делали медные топоры каменными топорами! И, в общем, от меди первобытному человеку пользы было бы немного. От чистой меди!
Но случилось так, что древним людям попалась медь в сплаве с другим металлом. Он называется
Олово
Если ты собираешь металлический лом, то олово тебе, наверное, очень часто попадается - из него делают консервные банки. И на это уходит половина всего олова, какое добывают.
Ты, чего доброго, спорить со мной станешь - скажешь, что консервные банки жестяные, а не оловянные.
А я тебя спрошу: есть такой металл - жесть? Вот ты и попался. Такого металла нет. Жестью называют тонкие листы железа, с обеих сторон покрытые оловом.
Кто же из нас прав? Да, в общем, оба правы. Банки действительно жестяные, а в жести самое важное - олово.
Добывать олово нетрудно. Оно плавится при невысокой для металлов температуре - немного больше двухсот градусов. Его в древности просто на угольных кострах выплавляли из руды.
Теперь олову много дела нашли. Но с чистым оловом надо обращаться осторожно - это металл нежный. Он на морозе может простудиться. А простуда для него - болезнь смертельная, ее даже называют оловянной чумой. Заболевшее олово из блестящего и белого становится тускло-серым, а потом рассыпается в порошок.
И случилось раз, что из-за этой оловянной чумы погибли отважные люди. Английский путешественник, капитан Скотт, отправился в экспедицию к Южному полюсу. Там еще никто из людей тогда не бывал. По антарктическому материку участники экспедиции везли грузы сперва на санях с моторами, потом на лошадях, потом на санках, в которые были впряжены собаки, а потом несли на себе. По дороге они оставляли склады с продовольствием и керосином на обратный путь. Путешественники обогревались керосиновыми печками и на керосиновых примусах варили пищу.
С огромным трудом добралась экспедиция к полюсу. Там Скотт нашел записку: оказалось, что его на месяц опередил норвежский путешественник Амундсен.
А на обратном пути Скотт и все члены его экспедиции погибли. Главной причиной их гибели было то, что со складов исчез керосин. Скотт не мог понять, куда он девался. Банки были почти пустые. Холод все усиливался, согреваться было нечем. Капитан Скотт и его товарищи замерзли.
Потом только дознались, что случилось. Банки с керосином были запаяны оловом. На морозе олово «заболело», разрушилось, и топливо вытекло. Тогда еще не знали, что олово не выносит мороза.
А само олово, как я говорил, люди знают почти так же давно, как медь.
Вот что, очевидно, произошло с первобытным человеком. Разложил он где-то костер, а когда костер потух, то под золой оказался металл - такой крепкий, что каменным топором его не разрубить. Откуда он взялся? Костер случайно был разложен на руде, в которой были два металла - медь и олово. Такие руды бывают. И олово соединилось с медью. Как ты помнишь, олово легко плавится. И сплав получился очень крепкий - крепче, чем медь и олово сами по себе. Называется этот богатырский сплав
Бронза
Теперь понятно, почему олово вмешалось в наш с тобой разговор о меди. Оно имело на это право. Медь без олова для древнего человека была почти бесполезна, а в сплаве с оловом изменила его жизнь, помогла стать великаном.
Выброшены были каменные топоры, на смену им пришли бронзовые орудия для труда и охоты. Кончился каменный век (это так говорится - «век», на самом деле это время длилось много тысячелетий). Начался бронзовый век, он продолжался, пока люди не научились получать из руды железо. А тогда начался век железный.
Смотри, как получается. Чистое железо, в общем, ни к чему. Мягкий металл, из которого ничего полезного не сделаешь. А в сплавах с углеродом и другими металлами он стал необходим людям. Просто представить себе нельзя, как бы люди создали без железа сегодняшний наш мир с его книгами, автомобилями, ракетами, летящими в космос, с машинами, которые обрабатывают землю и производят все нужные нам вещи.
И с чистой медью почти нечего было делать. Но вот немного олова попало в медь, и родился сплав, который был так необходим древним, что его именем названа целая эпоха в жизни человечества - бронзовый век.
Бронза потеряла былое величие, когда в нашу жизнь вошло железо.
Перестали мастерить из бронзы топоры - стали делать украшения.
Почти все металлические памятники великим людям, которые ты видишь на улицах городов, многие статуи, украшающие площади и сады, сделаны из бронзы.
Она довольно стойко сопротивляется главному врагу многих металлов - кислороду. Только на простоявших сотни лет памятниках появляется зеленый налет. Это работа кислорода. Но он бессилен проникнуть в глубь металла, разрушить бронзу так, как разрушает железо.
Еще не так давно из бронзы делали пушки. Если ты бывал в Московском Кремле, то видел Царь-пушку. Ну, а если не пришлось побывать в Кремле, то, наверное, видел ее на фотографиях. Это огромная пушка, отлитая из бронзы около четырехсот лет назад. Существовали бронзовые орудия еще долго. Только сто лет назад их стали заменять стальными.
Теперь из бронзы делают только некоторые части машин и по-прежнему памятники, художественные статуи.
Гораздо нужнее в наши дни другой сплав. В нем с медью соединен
Цинк
Этот металл часто попадается. Он, вероятно, и дома у тебя есть. Корыта для стирки, ведра часто делают из листов железа, покрытых тонким слоем цинка. Иногда и крыши домов делают из покрытого цинком железа.
Догадался, почему цинком покрывают те железные вещи, которые соприкасаются с водой? Цинк сам не ржавеет и предохраняет железо от ржавчины.
Нередко ты пользуешься цинком и не знаешь, что он у тебя под рукой. Раскрашиваешь картинки - в твоих акварельных красках есть цинк. Помнишь, я уже говорил, что и белила приготовляют из цинка.
Глаза болят - их иногда лечат мазью, в которой есть цинк. Она так и называется цинковой мазью.
Грызешь крепкий сухарь - зубы у тебя не ломаются, потому что и в них есть цинк. В спичечных головках - тоже цинк. Куда только он не забрался!
Но больше всего цинком пользуются для сплава с медью. Этот сплав называется
Латунь
Ее еще в глубокой древности знали. Почти так же вышло, как с бронзой. Прежде получили сплав меди с цинком, а потом чистый цинк. Но чистое олово быстро научились выплавлять, а цинк - с ним тысячи лет возились. То в одной стране найдут способ добывать его из руды, а потом забудут секрет, то в другой ищут наново.
Латунь - золотистого цвета металл - дешевле чистой меди, а во многом ее и заменяет. Из латуни делают посуду, краны, дверные ручки, трубы - латунь хорошо сопротивляется ржавчине. Кроме того, она может притвориться золотом: цветом похожа. Поэтому из нее делают дешевые украшения, похожие на золотые.
Снова медь
Десять тысяч лет пользовались люди медью, но только в сплавах - то с оловом, то с цинком. А теперь, в нынешнем веке, и чистая медь понадобилась. Ничего, что она мягкая. Для дела, которое ей нашли, это не помеха.
Дело в том, что медь лучше всех других металлов, лучше стали проводит электрический ток. Поэтому из меди делали электрические провода.
Но так как медь дорога, начали ее заменять и делать провода из других металлов, чаще всего из алюминия.
РТУТЬ
Этот металл ты, конечно, знаешь. Он удивителен тем, что при обычной температуре - жидкий. Твердеет ртуть при 39 градусах холода. У Южного полюса, где бывает самый сильный в мире мороз, больше 70 градусов холода, ртутью можно хоть гвозди заколачивать - такая она там твердая.
В старину ртуть называли жидким серебром и еще серебряной водой. Она, правда, по цвету очень похожа на серебро, а блестит даже ярче.
Для чего ртутью пользуются, ты тоже знаешь - для измерения температуры воды, воздуха, тела. Ты помнишь, что металлы, как и другие вещества, от тепла расширяются, а от холода сжимаются. Это обычно незаметно, потому что сжимаются и расширяются они немного. А вот когда ртуть в узкой стеклянной трубочке термометра, тогда видно, как она расширяется от тепла, ползет вверх по трубочке. Опустишь в холодную воду термометр - ртуть сжимается, ползет вниз.
А еще у ртути есть такое свойство: она растворяет многие металлы, в том числе золото. Этим иногда пользуются при добыче золота там, где оно рассыпано в песке очень мелкими крупинками. Растворяют крупинки в ртути, а потом ее выпаривают. На дне сосуда остается слиток золота.
Ртутью и врачи пользуются, например когда делают пломбы для зубов. Но ею надо пользоваться осторожно - ртуть ядовита. Пожалуйста, если тебе попадут в руки шарики ртути - тяжелые ее капли, которые перекатываются по столу, как живые, - не забудь потом вымыть руки.
Из всех окружающих тебя металлов единственный жидкий - ртуть. А из всех жидкостей ртуть самая тяжелая. Тебе ничего не стоит принести литровую бутылку молока или воды. Она весит около одного килограмма. А нальешь в такую бутылку ртуть, тебе ее и не поднять. Она будет весить больше тринадцати килограммов.
