Страница 16 из 83
Лития в земной коре в 400 раз меньше натрия. Свое название он получил в знак того, что был найден в минерале, а не в золе растений, из которой в то время добывался его сородич калий. «Литеос» в переводе с греческого означает «камень». Впрочем, и некоторые растения содержат литий в сравнительно больших количествах. Так, в лютике, татарнике, василистнике его во много раз больше, чем в других растениях.
В земной коре цезия столько же, сколько и ртути (7·10–4%); рубидия в десять раз больше, чем цезия. Они содержатся во многих горных породах, в залежах калийных солей, в морской воде, в растениях и животных организмах. Их добывают из собственных минералов: лепидолитов и поллуцитов. Рубидий накапливают морские организмы; его много в хвое деревьев, в красном вине. Он концентрируется в красных кровяных тельцах — эритроцитах. Цезий накапливается в мышечных тканях.
Натрий и калий в относительно больших количествах содержатся в живом организме и играют в нем немаловажную, хотя и различную, роль.
В организме человека — всего около 175 граммов калия, причем во внеклеточной жидкости (плазме крови, лимфе, спинномозговой жидкости) его лишь 2 с небольшим грамма.
Натрий же, напротив, концентрируется во внеклеточной жидкости, где его количество в 28 раз больше калия; в тканях натрия в пять раз меньше, чем калия.
Взрослые животные организмы содержат калия несколько больше, чем натрия, а в тканях зародышей натрия больше; соотношение этих элементов в них приближается к соотношению в морской воде. Некоторые ученые рассматривают этот факт как непосредственное доказательство возникновения жизни в море. Калий участвует в синтезе гликогена и белка. При недостатке этого элемента в организме человек испытывает общую слабость, нарушается нормальная сердечная деятельность. Натрий, в свою очередь, необходим для регулирования кислотно-щелочного равновесия, для работы скелетной мускулатуры и нормальной пульсации сердца.
Вспомните, как задыхались герои Жюля Верна в герметически закупоренном «Наутилусе», который оказался в ледяной ловушке. Сумей они убрать из воздуха лодки лишний углекислый газ и добавить кислорода, этого не случилось бы. В наше время проблема регенерации воздуха решена с помощью перекисных соединений натрия и калия. Смесь перекиси натрия с надперекисью калия, поглощая углекислый газ, с легкостью выделяет эквивалентное количество кислорода.
Na2O2 + K2O4 + 2CO2 = Na2CO3 + K2CO3 + 2O2.
Таким образом, воздух, выдыхаемый человеком, полностью регенерируется.
Оба эти вещества получают, сжигая металл в токе сухого кислорода. Продажный препарат перекиси натрия имеет желтоватую окраску, но очень чистый реактив бесцветен. Надперекись калия при обычных условиях — ярко-желтый пушистый кристаллический порошок. Оба соединения — очень сильные окислители. В прошлом перекись натрия была одним из сильнейших отбеливающих средств. Ее и сейчас добавляют в белильные и стиральные порошки.
Перекиси щелочных металлов употребляются в качестве твердых заменителей перекиси водорода для получения некоторых красителей, гидролиза крахмала, производства пороха, отбелки древесной массы на бумажных фабриках.
Производство перекисей является одним из крупных потребителей натрия и калия. Не уступает ему в этом отношении производство цианидов щелочных элементов.
Цианистые соли обладают способностью образовывать комплексные растворимые соединения золота и серебра. В 1844 году русский ученый П. Р. Багратион предложил использовать цианистый натрий для извлечения золота и серебра из их руд. На воздухе в растворе цианистого натрия эта реакция протекает так:
4Au + 8NaCN + 2H2O + O2 = 4NaAu(CN)2 + 4NaOH.
Цианистые соли очень ядовиты; их используют для борьбы с вредителями сельского хозяйства. Цианистый натрий применяется также для поверхностной закалки сталей и в производстве пластических масс, искусственных смол, лаков и красок. Обычно цианистый натрий получают обработкой расплавленного натрия сухим газообразным аммиаком при 300 °C с последующим действием угля при 800 °C. Суммарная реакция процесса такова:
2Na + 2NH3 + 2C = 2NaCN + 3H2.
В последнее время возрастает доля натрия в производстве стиральных порошков и синтетических моющих средств.
Немалое количество натрия идет на производство каучука. Основой каучука является дивинил, но он полимеризуется в каучук только при действии катализатора, а лучший из них — металлический натрий. Реакция идет тем быстрее, чем большей поверхностью обладает натрий, чем большие массы дивинила с ним соприкасаются. Поэтому тонкий слой натрия наносят на поверхность железного прута. Обычно на тонну каучука расходуется 3 килограмма натрия.
Но львиную долю металлического натрия забирает сейчас производство тетраэтилсвинца — отличного антидетонатора.
Речь идет о гидроокисях щелочных металлов, или едких щелочах. Едкими их назвали потому, что они разрушают, разъедают живую ткань. Это сильные щелочи, они отнимают влагу у животной ткани и вступают в соединение с белком. Ткань набухает, а при длительном действии возникает ожог. Едкий натр в расплавленном состоянии разъедает стеклянную и фарфоровую посуду, а при доступе воздуха — даже платиновую. Все гидраты окисей щелочных металлов отлично растворяются в воде.
На практике едкий натр получают электролизом раствора поваренной соли; едкое кали — электролизом хлористого калия. В мире производят несколько миллионов тонн едкого натра. Он применяется во многих отраслях химической промышленности. Действием разбавленного раствора едкого натрия при 140 °C выделяют из растительных материалов целлюлозу — важнейшее сырье различных отраслей промышленности.
Большое количество щелочи потребляет мыловаренная промышленность. Мыло — это натриевые и калиевые соли жирных кислот.
Высшие сорта жидкого туалетного мыла, а также специальные жидкие медицинские мыла получают, используя едкое кали.
В больших количествах едкие щелочи употребляются в промышленности органических красителей, в текстильном производстве, для очистки минеральных масел и т. д.
Еще 5 тысяч лет тому назад египтяне выделывали стекло сплавлением чистого белого песка с содой и мелом. Соду древние египтяне добывали из содовых озер. В природе она образуется там, где есть залежи мирабилита Na2SO4. Особые виды бактерий восстанавливают мирабилит до сульфида натрия Na2S. При действии углекислого газа и воды последний превращается в соду. На дне содовых озер и на берегу образуется минерал соды — трона Na2CO3·NaHCO3·2H2O.
До конца XVIII века стекольные и мыловаренные заводы, текстильная промышленность Западной Европы работали на природной соде. Широко использовалась сода, добывавшаяся на средиземноморском побережье Испании сжиганием щелочьсодержащих растений.
В России XVIII века в больших количествах вырабатывался поташ K2CO3, который и применялся в стеклоделии. Для того чтобы получить пуд поташа, сжигали лес на площади 120 квадратных метров. В Москву доставляли также астраханскую и испанскую соду.
Техника получения растительной соды была в конце XVIII века весьма примитивна, и даже лучший сорт ее — испанская «барилла» — содержал всего 25–30 процентов основного продукта.
В середине XVIII века стеклоделам, мыловарам и текстильщикам стало не хватать соды…