Элементы: замечательный сон профессора Менделеева - [18]
Всё изменилось в 1886 году, когда Чарльз Мартин Холл, двадцатидвухлетний учёный любитель из Америки, разработал способ получения алюминия, который позже оказалось возможным масштабировать до целой отрасли металлургии. Для развития этого стартапа ему даже не пришлось прибегать к краудфайндингу, нанимать персонал и арендовать помещения – хватило старшей сестры в качестве ассистента и собственного сарая-мастерской. Холл растворил оксид алюминия (компонент белой глины или каолина) в расплавленном гексафтиоралюминате калия (более известном, как криолит) и пропустил через расплав постоянный ток большой силы. Удивительно, но в то же самое время другой двадцатидвухлетний изобретатель – француз Поль Луи Эру, ничего не зная о Холле и его работах, изобрел точно такой же способ, заставив патентные конторы Америки и Европы определять, чей способ получения считать приоритетным. В любом случае, химия проще и, наверное, честнее некоторых законов об интеллектуальной собственности. Разработанный независимо друг от друга молодыми людьми метод получения алюминия сейчас называется методом Холла-Эру, и до сих пор применяется для ежегодного получения миллионов тонн алюминия.
Перестав быть благородным металлом, алюминий быстро нашёл себе работу. К началу 1900-х годов провода из алюминия практически полностью вытеснили медные провода из электростанций и линий передачи электроэнергии. Гибкость, лёгкость и дешевизна алюминия компенсировали его меньшую по сравнению с медью электропроводность. Потом настала пора алюминиевых сплавов, со временем заменивших дерево и перкаль при строительстве летательных аппаратов тяжелее воздуха. Из лёгких магний-алюминиевых сплавов делают автомобильные детали, рамы для велосипедов (рама, основным компонентом которой являются магний и алюминий с примесями цинка и других легирующих добавок такая же прочная, как рама из стали, но весит раза в три меньше).
Пищевая промышленность и связанные с ней отрасли тоже не обошли стороной самый распространённый металл на Земле. Тонкая фольга из алюминия стала популярным упаковочным материалом, он стал применяться в изготовлении посуды, консервных банок. Процесс нанесения фторсодержащего полимера – тефлона, на алюминий привел к созданию компании, утварь и техника которой всегда думает о нас.
Однако в металлическом блеске алюминия есть и свои темные стороны. Несмотря на распространённость алюминия на Земле, эволюция так и не разработала ни одного биохимического процесса, в котором алюминий мог бы приносить клеткам или внеклеточным формам жизни хоть какую-то пользу. Более того растворимая форма алюминия – соли, содержащие катион Al>+3 токсичны для растительных клеток. В кислых почвах высвобождение Al>3+ из минералов ускоряется, урожайность культур, растущих на таких почвах падает, а к кислым относится чуть ли не половина всех возделываемых земель. Обмену веществ людей алюминий тоже не нужен, но он регулярно попадает к нам в организм с воздухом, которым мы дышим, едой и питьём. Следовые количества алюминия всегда присутствовали в нашем рационе даже у наших далеких предков, предпочитавших питаться, сидя на ветвях дерева, однако сейчас мы преднамеренно увеличиваем его содержание в нашей пище – некоторые пищевые добавки содержат алюминий. Незначительное количество алюминия может попадать в наш организм через кожу, когда мы пользуемся содержащими оксид алюминия антиперспирантами, но все эти источники не могу поднять содержание алюминия в нашем организме до опасного уровня. Иронично, но самые ударные дозы алюминия мы получаем с лекарствами – антацидами, цель которых снизить кислотность желудка. Существуют исследования, в которых говорится о связи алюминия и болезни Альцгеймера, но является алюминий фактором формирования ответственных за это заболевание амилоидных бляшек или наоборот, сами бляшки интенсивно копят алюминий – неясно. В любом случае, чтобы не насыщать свой организм алюминием сверх меры стоит перекладывать не съеденное сразу содержимое консервных банок в контейнеры из других материалов (ионы алюминия начнут попадать в пищу, только тогда, когда начнет контактировать с воздухом, то есть только после вскрытия банки) и наоборот – не следует готовить кислую пищу в алюминиевой посуде.
14. Кремний
Классе в седьмом в какой-то библиотечке фантастики (не помню ни автора, ни даже был ли он нашим или зарубежным писателем) я прочитал сюжет о том, как какой-то злой гений разработал состав, превращающий человека в кремниевые формы жизни.
Всё это делалось для создания суперсолдат, которым были бы не страшны пули, но что-то, как обычно, пошло не так и перерождённые кремниевые солдаты были медлительны, а по интеллекту представляли что-то среднее между памятниками и сидящими на них голубями. Сейчас я понимаю наивность того произведения, но тогда оно меня впечатлило и, будучи на даче, я с опаской пил мутноватую колодезную воду, зная, что муть – это песок, содержащий кремний. Мне не хотелось становится медленным и тупым кремниевым памятником самому себе.
На нашей железокаменной планете кремний – второй по распространённости элемент, а то, что мы обычно называем «камнями» – различные формы оксида кремния, в которых кремний связан с кислородом. Элементарной единицей любого «камня» является тетраэдр, в котором атом кремния окружён четырьмя атомами кислорода, а вот от взаимного расположения этих тетраэдров и от незначительных примесей, которые содержит оксид кремния, зависит, какие свойства и внешний вид будут у его минерала – будет ли это песок, кварц, опал, халцедон или что-то еще. Самая чистая форма оксида кремния, практически не содержащая других элементов, кроме кремния и кислорода – кварц или горный хрусталь. В монокристаллических образцах кварца тетраэдры SiO
