Звонкая песнь металла

Федотов Г.Я

Просвещение, 1990 г.

 ВОССТАВШИЙ ИЗ ПЕПЛА (ЦИНК)

Еще в глубокой древности человек умел выплавлять латунь — сплав меди с цинком. Известно, что медь человек узнал еще на заре металлургии. А откуда ему был известен цинк, если в чистом виде он был получен совсем недавно? Оказывается, для производства латуни использовали не чистый металл, а его руду. Цинковую руду загружали в определенных пропорциях вместе с медной в плавильную печь и производили плавку. Так что древние металлурги не видели цинк, хотя и использовали его соли в медеплавильном деле. Впрочем, археологические раскопки иногда ставят ученых в тупик. Так, на Северном Кавказе были найдены украшения из цинка, изготовленные в III тысячелетии до н. э. В V веке до н. э. цинк научились получать в Китае и Индии. В начале нашей эры его стали выплавлять в некоторых европейских странах. При раскопках находившейся на территории современной Румынии римской провинции Дакии был найден идол, отлитый из цинка, имеющего лишь небольшие примеси. Это говорит о том, что европейские металлурги хорошо были знакомы с технологией получения цинка, но позднее она была забыта по каким-то непонятным причинам.

Это случилось в 1721 году. Пережигая минерал галмей, немецкий ученый Генкель, у которого в свое время учился М. В. Ломоносов, обнаружил в золе чистый цинк. Он уподобил его сказочной птице Феникс, восставшей из пепла. Но было ли это открытием цинка, если еще в III тысячелетии до н. э. из этого металла делали украшения древние кавказские ювелиры?!

В переводе с латинского слово «цинк» означает «белый налет». Этот термин впервые был упомянут в XVI веке в трудах ученого эпохи Возрождения Парацельса. До этого металл называли индийским оловом, фальшивым серебром, спелтером и т. п. Возможно, что при введении нового термина имелся в виду налет, получаемый при конденсациицинка во время его производства. Предполагают, что современное название металла, вошедшее почти без изменения в русский язык, произошло от древнегерманского слова «цинко», которое буквально переводится как «бельмо на глазу».

Цинк является тяжелым и легкоплавким цветным металлом. Температура его плавления — 419,5 °С, плотность — 7,133 г/см3 Объем мирового производства цинка таков, что он занимает третье место средицветныхметаллов после алюминия и меди. Благодаря высокой устойчивости на воздухе и в воде он применяется для защиты стали от коррозии. Примерно четверть производимого цинка идет на легирование других металлов, в основном меди при выплавке латуни. В современном мире чуть ли не половина производимого цинка идет на то, чтобы покрыть тончайшим налетом, предохраняющим, защищающим от коррозии, стальные и железные предметы. Так что в латинском названии металла заключалось как бы предвидение его роли в современной промышленности.

Тончайшая цинковая пленка долго и надежно защищает оцинкованные железные предметы от коррозии (ведра, тазы, лейки, корыта, кровельные листы, различные детали механизмов). Защитную пленку на железо наносят, окуная изделие в расплавленный цинк. Наряду с этим используется также электролитическое цинкование. При этой технологиицинк можно наносить очень тонким и равномерным блестящим слоем.

Мелкие предметы из цинка, например гвозди, шурупы, всевозможные задвижки, крючки, детали механизмов, подвергают диффузионному цинкованию: детали смешивают с чистым кварцевым песком и цинковым порошком, затем загружают во вращающийся барабан, имеющий подогрев до 400 °С; расплавленный порошок постепенно осаждается на поверхности стальных предметов.

Защитную миссию цинк выполняет также в составе специальных красок, которыми окрашивают всевозможные конструкции из железа, расположенные на открытом воздухе: мосты, радиобашни, опоры электропередач, заводские установки.

Цинк имеет хорошие литейные свойства. В качестве лигатуры в него добавляют медь, алюминий и магний. Цинковые сплавы применяют для литья мелких тонкостенных отливок со сложной конфигурацией. Литейные сплавы изменяют свои свойства в зависимости не только от того, какая в них введена лигатура, но и от ее про-50 центного соотношения. Сверхпластичность имеет цинковый сплав, в состав которого входит 22% алюминия. Проволоку, изготовленную из этого сплава, можно вытянуть настолько, что она удлинится в 20—50 раз больше, чем подобная проволока из других простых металлов. Такое явление называют сверхпластичностью. Это тем более удивительно, что сам цинк — металл довольно хрупкий, особенно при температуре нагрева 250 °С и выше.

Хорошие литейные свойства и низкая Температураплавления давно привлекли внимание мастеров миниатюрной пластики. Из цинка отливают миниатюрную настольную скульптуру, медальоны, броши, накладные бляшки, значки и многое другое. Для этих же целей применяют цинко-свинцовый сплав с содержанием свинца 25, 30 или 50%.

Из цинка в прошлом отливали и крупные вещи. Так, по проекту скульптора И. П. Витали для Георгиевского зала Большого Кремлевского дворца в Москве из цинка были отлиты колонны, украшенные декоративной скульптурой.

В середине прошлого века француз Жилло изготовил из цинка первое типографское клише. Он нанес на цинковую пластинку рисунок кислотоупорной краской, затем подверг поверхность пластинки травлению кислотой. Там, где цинк не был защищен кислотоупорной краской, кислота выела углубления, а зищищенные участки остались нетронутыми. На цинковой пластинке образовался рельеф. На него накатывалась краска и делался оттиск на бумаге. Вначале эта техника носила имя своего изобретателя и называлась жиллографией. Позже она стала именоваться цинкографией, так как цинковые сплавы оказались лучшим материалом для типографских клише. С их помощью и сейчас в газетах, журналах и книгах воспроизводятся фотографии, чертежи и рисунки.

В современных электрических батареях цинк служит отрицательным электродом. Окисляясь, цинк словно сгорает, образуя электрический ток в самых разнообразных батарейках. Без них не могут обойтись как простой карманный фонарик, так и микрокалькулятор, фотоэкспонометр, различная переносная радиоаппаратура и многие другие приборы. Тысячи и сотни тысяч батареек выходят из строя, сработав до конца, но большая часть цинкового электрода остается неиспользованной. Постепенно собирая цинк от использованных батареек, можно накопить довольно большое количество этого металла. Переплавив, его можно использовать для миниатюрного художественного литья, для отливки офортных пластинок, для приготовления хлористого цинка, применяемого при пайке, для медно-цинкового припоя, используемого при соединении деталей филиграни (скани).

В конце XVIII века во Франции и Англии вошли в употребление цинковые белила, представляющие собой оксид цинка. От бытовавших ранее свинцовых белил цинковый белый пигмент отличается полной безвредностью для организма человека. Новый пигмент по этой причине стал популярен не только у художников, но и у косметологов. Его стали применять для приготовления косметических кремов, пудры, присыпок и всевозможных мазей.

Промышленное производство масляной краски под названием «цинковые белила» было налажено в 1849 году. С тех пор художники стали широко использовать ее в живописи. Цинковые белила имеют большую белизну по сравнению со свинцовыми, которую они не теряют под воздействием света; мало того, они увеличивают светостойкость других красок, которые с ними смешивают при выполнении живописных работ. У свинцовых белил наблюдается обратное явление: краска желтеет в темноте. Правда, на свету белизна восстанавливается.

Не страшны цинковым белилам сероводород и сернистые газы, столь губительно действующие на свинцовые белила. Но некоторые свойства цинковых белил гораздо ниже, чем у свинцовых: они, например, сохнут намного медленнее и обладают меньшей кроющей способностью.

Начиная с 20-х годов нашего века кристаллыоксидацинкастали с успехом применяться в радиотехнической промышленности, а позднее — и в электронной как отличный полупроводниковый материал.

При пайке оловянно-свинцовым припоем металлических предметов в качестве флюса довольно часто применяют хлорид цинка, более известный в быту под названием «хлористый цинк». Его получают растворениемцинка в соляной кислоте. При пайке металлических деталей, а также при лужении предварительно зачищенные поверхности протравливают хлоридом цинка.

В целлюлозно-бумажной промышленностихлоридцинка применяют для отбеливания бумаги, а в текстильной — как протраву при крашении тканей.

Самое разнообразное применение имеет другое растворимое в воде соединение — ацетат цинка, получаемый взаимодействием цинка или его оксида с уксусной кислотой. В красильном деле —это закрепитель текстильных красок при крашении тканей. В фарфоровой промышленности ацетат цинка — один из компонентов глазури, в стоматологии — зубных цементов. Разведенный водой, он применяется в медицине как противогрибковое средство. Древесина, пропитанная ацетатом цинка, не боится сырости и стойко противостоит гнилостным микробам, поэтому это соединение используется как консервант древесины.

При взаимодействии цинка с серной кислотой получают сульфат цинка (цинковый купорос). Цинковый купорос используется как протрава при крашении тканей, как отбеливатель бумаги при ее производстве. Им же окрашивают глазури в белый цвет. В медицине цинковый купорос — компонент глазных капель, в сельском хозяйстве— микроудобрение.

Соединения (сульфид, селенид, фосфат цинка) обладают люминесцентными свойствами. Именно благодаря им на экране цветного телевизора возникают красный, зеленый и синий цвета, которые, смешиваясь, могут передать все цветовые оттенки, встречающиеся в природе.

Незаурядные колористические способности проявил сульфидцинка в художественном стеклоделии. С помощью этого соединения оказалось возможным не только окрашивать стекло в самые различные цвета, но и получать декоративную окраску, напоминающую поделочные камни: агаты, лазуриты, мрамор, яшму.

Все растворимые в воде соединенияцинка очень ядовиты. Поэтому, используя некоторые из них в быту (например, хлорид для травленияметаллов перед пайкой), нужно обращаться с ними очень осторожно. Растворимые соединенияцинка образуются на стенках оцинкованной посуды при воздействии на них слабых кислот и щелочей, содержащихся в соленых и квашеных продуктах. Учитывая это, ни в коем случае нельзя в оцинкованной посуде солить, квасить и хранить огурцы, грибы, помидоры, капусту и другие овощи и плоды.

В большей или меньшей степеницинк присутствует в живых организмах и растениях, участвуя в обмене веществ. Они постоянно нуждаются в пополнении запасов этого элемента. Отсутствие цинка задерживает рост растений, а некоторые, такие, как пшеница, могут даже погибнуть, если их высадить в почву, совсем лишенную цинка. Растения добывают необходимый им цинк из почвы. Чтобы получать его вдоволь, некоторые из них, например анютины глазки и лесная фиалка, предпочитают расти там, где его в почве особенно много. Эту особенность подметили рудознатцы и сделали практический вывод: там, где растут эти цветы в изобилии, следует искать цинковую руду.

В Германии в саксонских Рудных горах растет так называемая галмейская фиалка. Само ее название говорит о том, что она имеет отношение к галмею — кремнекислому цинку, являющемуся распространенной в тех местах цинковой рудой. В старые времена об этом цветке ходили легенды, сдобренные мистикой. Только посвященные знали о чудесной способностицветка указывать скрытые в земле клады. С помощью галмейской фиалки были открыты залежи цинковой руды, считавшиеся по тем временам богатейшими. Изучив химический состав растения, современные ученые установили, что в галмейской фиалке содержится в 200 раз больше цинка, чем в обычной!

Животные, в том числе и человек, пополняют организм цинком с помощью растений, употребляя в пищу те из них, которые отличаются высоким содержанием металла. Много его в апельсинах, грушах, винограде, грибах; содержится он в салате, луке, помидорах и других растениях.

Цинка в организме человека вдвое меньше, чем железа, то есть около 2 г. Чтобы содержание цинка в организме было более или менее постоянным, человеку необходимо ежедневно употреблять продукты, содержащие в общей сложности не менее 15 мг цинка.

Без цинка не могут функционировать важные органы в организме человека, замедляется развитие скелета. Исследования, проведенные среди африканских карликов, показали, что повседневная их пища содержит недостаточное количество цинка, mdash; это и явилось одной из причин появления целых племен людей-карликов.

ВТОРОЙ ВЫСОКИЙ (СЕРЕБРО)

«Второй высокий металл называется серебро,— писал в одном из своих трудов М. В. Ломоносов.—Сие от злата разнится больше цветом и тягостию. Цвет его столь бел, что ежели серебро совсем чисто и только после плавления вылито, а не полировано, то кажется оно издали бело как мел».

Серебро и золото -— два «высоких» металла, которые часто стоят рядом в песнях, пословицах, поговорках. В старинной русской пословице говорится: «Луна — серебро, а красно солнышко — золото». В народных песнях «злато-серебро» символизируют деньги и богатство. «Мое злато-серебро в земле вычернило»,— поется в одной из песен. Порой серебро так же, как и золото, связывали с мздоимством, обманом, жадностью, старостью, неуживчивостью. Серебряная ложка или ее миниатюрная копия символизировала успех, а серебряный ключ —взятку.

Но все же у многих народов этот благородный металл чаще всего соотносили с благополучием, радостью, целомудрием, знанием, красноречием, мужеством и благородством человеческого духа.

Серебро древние прочно связывали с луной, олицетворением которой в древнеримской мифологии была Диана, а в древнегреческой—Селена. Имя Селены происходит от слова «селес», означаю того «блеск», «сияние». Селену изображали крылатой, с факелом в руке, ведущей за собой звезды, а также мчащейся в блестящей колеснице, запряженной парой белоснежных коней или быков. Рога быков символизировали серп луны, изображение которой считалось магическим.

На Руси богиня Луны Селена была покровительницей девушек. К ней обращались с заклинаниями, которые должны были помочь В трудную минуту. Особенно действенными считались те, которые произносились при полном сиянии луны.

Украшения с изображением луны считались священными и, по убеждению их владелиц, обладали волшебной силой. Были распространены так называемые подвески-лунницы, которые имели магическое значение, являясь своеобразными оберегами. В разных уголках России археологи находят подвески, имеющие форму лунного серпа, с рогами, обращенными вверх или вниз. Более дорогие лунницы делали из серебра, подчеркивая тем самым магическую связьметалла с Луной. Крестьянские девушки носили подвески-лунницы, сделанные из простых сплавов, веря в то, что они охранят их от зла. В то же время подвески были не только амулетами, но и украшениями, красотой которых любовались.

Подвески отливали в каменной или глиняной форме, гравировали и украшали зернью. Классическим по технике исполнения и форме считаются лунницы из клада, найденного на Смоленщине в конце прошлого века. Они были выполнены русскими мастерами 4 в X веке из серебра и украшены зернью. Зернью называют мелкие серебряные или золотые шарики диаметром от 0,5 мм до 4 мм. Из равновеликих шариков на металлическом украшении выкладывают плоский или рельефный узор, который нередко сочетают со сканью.

Существует несколько способов получения мелких шариков, величиной от макового до просяного зернышка и крупнее. Предполагают, что русские мастера применяли следующий. Тонкую серебряную проволоку навивали виток к витку на стержень определенного диаметра. Чем тоньше стержень, тем мельче получатся шарики. Навитую серебряную спираль разрезали вдоль стержня, и она рассыпалась на одинаковые полусомкнутые колечки.

Затем колечки раскладывали в небольшие углубления, сделанные предварительно на куске древесного угля, расплавляли, и в каждой канавке они сплавлялись в шарики. Шарики наклеивали согласно задуманному рисунку на очищенное изделие вишневым клеем. На покрытое зернью изделие наносили затем припой — амальгаму из серебра, растворенного в ртути. При нагревании ртуть улетучивалась, а серебро прочно соединяло шарики с основой.