Химия человека. Как железо помогает нам дышать, калий – видеть, и другие секреты периодической таблицы - [15]
Железо Кируны – из магмы, которая когда-то в прошлом проникла в земную кору[85]. Пока магма медленно остывала в полостях, созданных в породе ею самой, образовались кристаллы содержащих железо минералов, и они опустились на дно магматического бассейна. Так железо отделилось от других химических элементов, содержащихся в магме. Сегодня в глубине породы дно древнего магматического бассейна резко идет под уклон. Поэтому Кируна – один из немногих в мире крупных железных рудников, где руду выкапывают под землей. В глубине породы в пластах руды пробуривают большие тоннели, пока порода не треснет, – руда падает сверху, раскалывается при падении, ее грузят в машины и вывозят на поверхность. Там содержащие железо минералы сортируют и грузят в железнодорожные вагоны.
Когда породу выкапывают и она обрушивается на глубину, неизбежно возникают трещины, распространяющиеся в направлении поверхности. Сейчас трещины под Кируной дотянулись так далеко, что центр города скоро опустится в испещренную тоннелями породу. На нынешнем месте город больше оставаться не сможет. Церковь и некоторые отдельные исторические здания поставят на колеса и перевезут на более твердую почву. Они окажутся среди недавно построенных школ, магазинов и жилых зданий, предназначенных для всех тех людей, кому скоро предстоит собирать вещи[86].
От руды – к металлу
По-прежнему каждый день из Кируны в Нарвик прибывают несколько груженных рудой поездов[87]. В Нарвике руду грузят на корабли и отправляют на металлургические предприятия, расположенные по всему миру. Сегодня Китай – крупнейший в мире производитель железа, за ним идут Япония и Индия[88].
На металлургических предприятиях железную руду вместе с углем нагревают в гигантских плавильных печах. Уголь отдает электроны железу и забирает кислород. По мере того как температура в печи растет, минералы, которых не должно быть в готовом металле, начинают плавиться. Эта жидкая масса называется шлаком, и с железной руды его можно слить или счистить. В конце процесса руда превращается в вязкий, напоминающий губку комок передельного чугуна, содержащий большое количество углерода из угля[89].
Раньше предметы изготавливали именно из такого железа. Чугун били молотом, чтобы извлечь как можно больше оставшегося в нем шлака. Затем кузнец раскалял железо и с помощью молота и наковальни ковал оружие и инструменты. Скандинавские викинги получали такие комки чугуна в печах, специально построенных на фермах, а железную руду привозили с окрестных болот[90]. Для достижения наилучших результатов кузнецу нужно было уметь контролировать температуру, подавать воздух и бить по железу молотом.
Позже оказалось, что качество металла улучшается, если расплавить его еще раз. Железо, содержащее много углерода и других примесей, остается в жидкой форме при температуре, достаточно низкой для того, чтобы разлить железо по формам. Это чугун – самый дешевый из производимых сегодня металлов. На кухне он существует в виде кастрюль и сковородок, а в промышленности – в огромном количестве деталей машин.
Кованое железо, которое мы видим в черных декоративных оградах и люстрах, получают в результате плавки передельного чугуна с известью и другими веществами, способствующими удалению как можно большего количества примесей в шлак. По мере очистки железа растет температура плавления. Когда железо больше невозможно держать в жидкой форме в печи, его можно извлечь, отбить и выковать. Из кованого железа сделана Эйфелева башня, строительство которой завершилось в 1889 году[91].
Вожделенная сталь
Наиболее вожделенный вид железа сам по себе является символом прочности. Характеристики вроде «стальные ноги и руки» или «стальные нервы» производят внушительное впечатление. Сталь – металл с очень низким содержанием углерода, его количество не превышает примерно одной сотой части. Производство стали было очень дорогим вплоть до конца XIX века, когда благодаря техническому развитию стало возможно ее масштабное производство[92]. До этого сталь предназначалась для самых важных предметов, таких как мечи и эластичные стальные пружины.
Хотя углерода в стали содержится мало, она все равно является сплавом железа и углерода. Сплав – это металл, состоящий из смеси двух или более химических элементов. Он может обладать качествами, совершенно отличающимися от тех, что свойственны каждому элементу по отдельности. Это не тот случай, когда мы, смешав соль и сахар, получаем сладко-соленую массу. Прочная сталь состоит из железа (в чистой форме оно мягкое, эластичное и не очень-то подходит для изготовления инструментов) и углерода – его мы знаем как крошащийся графит в карандашах, которыми мы пишем. Также в сталь для придания особых свойств добавляют ряд других химических элементов. Сталь становится легче и прочнее благодаря небольшому количеству таких металлов, как ванадий и молибден, – они есть в разводных ключах и многих других инструментах, хранящихся у нас в кладовке. Благодаря хрому стали не так-то легко заржаветь – наряду с никелем и марганцем он содержится в нержавеющих столовых приборах, которыми я пользуюсь во время ужина
