Григорий Николаев - Металл Века

Глава 2. НА ВТОРЫХ РОЛЯХ

Первую ошибку в исследованиях свойств титана совершил Клапрот. Наблюдая реакцию взаимодействия диоксида титана с железосинеродистым калием, немецкий химик отметил, что при этом образуется осадок зеленого цвета, тогда как в действительности осадок был желто-коричневым. На это указал русский ученый Товий Егорович Ловиц, тщательно изучивший свойства соединений титана, которые находятся в титано-магнетитовых рудах. О своих исследованиях Ловиц рассказал в статье "Показание некоторых замечаний о титане”, опубликованной в химических анналах Крелля за 1799 год. Правда, ошибка Клапрота была не столь уже принципиальной. Дальше последовала целая цепь ошибок намного серьезнее, сменявших друг друга на протяжении более чем вековой истории.

В течение всего XIX века ученые разных стран безуспешно пытались получить металлический титан, который практически был бы свободен от примесей. В природе не существует титана в чистом виде и предстояло извлечь этот металл из его чрезвычайно прочных соединений. Задача была не из легких и многие авторитетные химики попадали впросак.

В 1822 году ошибся известный английский химик Волластон. Исследуя найденные в шлаке металлургического завода кристаллы, он пришел к выводу, что они представляют собой титан, свободный от примесей. Выдающийся шведский ученый Йенс Якоб Берцелиус присоединился к мнению Волластона. Это заблуждение просуществовало почти 30 лет, пока, наконец, немецкий химик Фридрих Вёлер, сжигая эти кристаллы в струе хлора, не доказал, что ”титан” Волластона представляет собой химическое соединение титана с азотом и углеродом. Впрочем, принять соединения титана за чистый металл было нетрудно: ведь они отливали металлическим блеском, отличались твердостью и тугоплавкостью. Но всем нитридам, карбидам и низшим оксидам титана присуща хрупкость, и хрупкость эту ошибочно приписывали самому элементу.

В 1825 году, восстанавливая фтортитанат калия, Берцелиус пытался получить свободный титан, но эта попытка не дала ожидаемых результатов: металл был загрязнен большим количеством примесей. На протяжении XIX века выделить элемент пробуют многие ученые из разных стран: Вёлер и Девиль, Мерц и Керн, Эбельман, Нильсон и Петерсон, Леви, Муассан и другие. Шведские химики Ларе Фредерик Нильсон и Отто Петерсон получили металл из четыреххлористого титана при помощи натрия в герметическом стальном сосуде. Титан шведских химиков содержал 5 процентов примесей.

Относительно чистый титан в прошлом веке был получен, по всей вероятности, французским химиком Анри Муассаном. Муассан восстанавливал диоксид титана древесным углем, представляющим собой почти чистый углерод. Реакция проходила в известковом тигле при очень высокой температуре. Извлеченный таким способом металл содержал 5 процентов углерода, а последующей очисткой удалось снизить количество примесей в два с половиной раза. Спустя много лет два музейных металлических образца титана, полученного Муассаном, подвергли химическому анализу. Выяснилось, что образцы снаружи были окружены как бы стенкой из железа и карбида титана, а внутри находился относительно чистый металлический титан.

В России опыты над соединениями титана проводил Дмитрий Кириллович Кириллов. Талантливый ученый был тяжело болен, но вынужден был тратить свои личные средства не на серьезное лечение, а на проведение сложных опытов над титановыми рудами, так как царское правительство денег на научные исследования ему не давало. Работе с титаном Кириллов уделял почти все свое время, остающееся после чтения лекций в Московском университете. Результаты своих экспериментов Дмитрий Кириллович опубликовал в брошюре "Исследования над титаном", увидевшей свет в 1875 году.

Но научный поиск Кириллова остался незамеченным. Полученные результаты не привлекли внимания, не послужили базой для дальнейших исследований, не стали отправной точкой для более совершенных опытов и уже через небольшой промежуток времени были забыты. Такое пренебрежение к отечественной науке, равнодушие к ее достижениям и судьбам незаурядных ее представителей были характерными для всего периода существования царского самодержавия.

Наступил XX век, а элемент титан так и не был выделен в свободном состоянии. И Дмитрий Иванович Менделеев, делая обзор элементов IV группы, в своем последнем прижизненном издании "Основ химии", вышедшем в 1906 году, говорил не о металлическом титане, а о четырех его минералах — рутиле, титанистом железняке-ильмените, сфене и перовските. Впрочем, и о соединениях титана в книге говорилось немного. Почему? Об этом сказано буквально следующее: ”Так как титан и цирконий довольно редки в природе, имеют мало практического применения и не представляют новых форм соединений, то мы над ними не можем подробно останавливаться в этом сочинении”.

Принято считать, что первым технически чистый титан получил американский химик Хантер в 1910 году, через 120 лет после открытия элемента. Хантер с сотрудниками трудился в известной фирме ”Дженерал электрик компани”, занимаясь поиском новых тугоплавких материалов для волосков электрических ламп. В то время предполагали, что титан, если его удастся получить в чистом виде, должен плавиться при очень высокой температуре.

Вначале Хантер пытался выделить элемент из фторотитаната натрия при помощи калия в стальном цилиндре. Но лучшие образцы получаемого продукта содержали в себе только две трети титана. Остальную треть составляли примеси. Тогда ученый решил пойти по другому пути. Он попробовал восстановить металл из фторотитаната бария, но и это не дало сколько-нибудь ощущаемых результатов. После этого Хантер стал экспериментировать с оксидами титана.

По методу Муассана был получен титан, загрязненный небольшим количеством углерода, — карбид титана. Из этого соединения путем хлорирования получили четыреххлористый титан. Его очень тщательно очистили, в результате чего образовалась бесцветная, как бы кипящая от взаимодействия с воздухом жидкость. Дальше Хантер с сотрудниками использовал метод Нильсона — Петерсона, проявив максимум осторожности, чтобы не допустить воздух в реакционный сосуд.

В этот стальной реактор — так называемую ”бомбу” емкостью 1 литр — были помещены полкилограмма четыреххлористого титана и вдвое меньшее количество металлического натрия. ”Бомбу” нагрели так, что стенки ее раскалились докрасна. И тогда раздался оглушительный взрыв: между находящимися в сосуде веществами произошла мгновенная химическая реакция.

Полученный продукт представлял собой небольшое количество спекшихся металлических бусинок и порошка.

После охлаждения и промывки бусинки подвергли химическому анализу и оказалось, что удалось получить металлический титан практически без примесей. Но металл разочаровал исследователей.

Предположение о его необычной высокой тугоплавкости не подтвердилось. Основываясь, вероятно, на тугоплавкости титана, загрязненного углеродом, думали, что

чистый металл будет плавиться при температуре еще более высокой — чуть ли не при 6000 °С,

превзойдя тем самым вольфрам и другие тугоплавкие материалы.

Надежды не оправдались. Выяснилось, что чистый титан плавится уже при температуре около 1800 °С и о его применении для нитей накаливания не могло быть и речи.

Но поскольку чистый металл получен, надо исследовать его свойства. Исследовали. И убедились, что титан — очень хрупкий материал, не пригодный для механической обработки. Ковать его можно было только в нагретом состоянии, а при обычной температуре металл рассыпался на куски от незначительного удара. И титан, подобно калию, натрию, кальцию, был отнесен к разряду "бесполезных” металлов — так называемых "элементов для химиков", с которыми можно экспериментировать, но которые не годятся для практического использования.

Но вряд ли и Хантеру удалось получить действительно чистый титан. Данные анализа свидетельствовали, что примесей в титановых бусинках содержалось не более 0,1 процента. Если бы это в самом деле было так, свойства полученного металла оказались бы совершенно иными. Металл, загрязненный даже впятеро большим количеством примесей, в наши дни находит широкое практическое применение. Именно такой титан производят промышленные предприятия. Кроме того, когда начали получать действительно чистый металл, обнаружили, что его точка плавления гораздо ниже того вещества, которое исследовал Хантер.

Трудно сейчас сказать, какой же все-таки частоты был получен тогда металл, но неверное представление о титане как о металле, не пригодном для применения в технике, существовало еще долгие годы. Соединения титана стали использовать значительно раньше чистого металла, но следует подчеркнуть, что и это произошло только спустя столетие после открытия элемента.