Путешествие в Страну элементов

Аммиачный способ хорош, но и он не без недостатков. В нем не полностью используется хлористый натрий, происходят потери углекислого газа, аммиака и извести. В 1939 году советский ученый А. П. Белопольский разработал способ производства соды на базе мирабилита. Этот способ предусматривает комплексное использование сырья. В его основе лежит реакция:

Na₂SO₄ + 2NH₃ + 2CO₂ + 2H₂O = 2NaHCO₃ + (NH₄)₂SO₄.

Получаются сразу два ценных продукта — сода и сернокислый аммоний. Способ Белопольского не нашел пока промышленного применения.

Пятая часть всей соды перерабатывается в едкий натр, около трети используется в производстве алюминия. Содой обрабатывают исходное сырье для получения окиси алюминия — бокситы.

Промежуточный продукт содового процесса — бикарбонат натрия — применяется в медицине и пищевой промышленности. Питьевая сода — так называют в быту это вещество — должна быть очень чистой, не содержать ядовитых примесей (мышьяка и др.).

Более трети всей получаемой соды потребляется стекольной промышленностью.

Элементы щелочных земель

Металлический кальций и его аналоги — стронций и барий — были получены впервые около 150 лет тому назад, но соединения кальция служат человеку с глубочайшей древности.

Гораздо меньшее значение по сравнению с кальцием имели, да и сейчас имеют стронций и барий и их соединения. К группе щелочноземельных элементов, о которых сейчас идет речь, принадлежит по своим химическим свойствам и радий. Однако не химические свойства, а радиоактивность сделала этот элемент провозвестником новой эпохи в науке.

Земли или элементы?

Название «щелочноземельные элементы» сохранилось за кальцием, стронцием и барием с тех времен, когда соединения, которые мы с вами теперь называем окислами, именовались «землями». Эти вещества не изменялись при нагревании, слабо растворялись в воде, давая щелочные растворы, что по тогдашним представлениям соответствовало понятию «земли».

«Известковую землю» — окись кальция — люди знали с давних времен. За способность соединяться с углекислым газом, связывать его, а также давать нерастворимые соли со многими кислотами окись кальция называли еще «связывающей землей». Соединения же бария и стронция попали в руки химиков сравнительно недавно — около 190 лет назад. В 1774 году Шееле исследовал природную двуокись марганца — пиролюзит — и обнаружил в ней неизвестное до того времени вещество большого удельного веса, которое получило название тяжелого шпата, или барита. Последнее название происходит от греческого слова «барюс» — тяжелый, тяжесть. А через тринадцать лет в Шотландии, вблизи селения Строншен, было найдено другое, похожее вещество — стронцианит. Впоследствии было установлено, что ученые имели дело с сульфатами бария и стронция, а название этого последнего имеет, как видите, географическое происхождение.

Методы, которыми пользовалась наука до конца XVIII века, не позволяли разложить «земли» на более простые вещества, поэтому Антуан Лавуазье в 1789 году в своем «Элементарном курсе химии» относил CaO, SrO и BaO к числу элементов. Однако там же он высказывал предположение, что эта точка зрения должна будет измениться и что наука найдет способ разложить упрямые «земли». Лавуазье оказался прав.

Применение новых методов исследования всегда приводит к революционным сдвигам в науке. Так было и тогда, когда английский ученый Г. Дэви в 1808 году впервые использовал электрический ток для воздействия на химические вещества. Атака на «земли», в которой принимал участие и другой знаменитый ученый — Берцелиус, привела к замечательной победе: один за другим из «земель» были выделены чистые металлы — барий, стронций и кальций (его назвали так от французского слова «кальк» — «известь»).

Понятно, почему чистые щелочноземельные элементы в природе не встречаются и с трудом даются в руки людям: они настолько активны, что соединяются буквально со всеми составными частями воздуха (кроме инертных газов), даже с азотом.

В нашем сознании представление о металле часто связано прежде всего с прочным, твердым, устойчивым конструкционным материалом. Но в обширной семье металлов встречаются представители и очень активные и совершенно инертные, более легкие, чем вода, и более тяжелые, чем ртуть. «Спектр» свойств металлов поистине неисчерпаем…

Кальций в земной коре

Кальций, стронций и барий — близкие родственники, однако кальций во многих отношениях выделяется из этого «семейства». И прежде всего своей чрезвычайной распространенностью в природе.

Кальций — непременная составная часть силикатных пород — самой большой группы минералов земной коры. Сравнительно меньше он встречается в виде карбоната CaCo₃ или сульфата CaSO₄. Еще меньше — в виде фосфата Ca₃(PO₄)₂. Но об этих соединениях кальция стоит рассказать подробнее.

Природный карбонат кальция — соединение чрезвычайно многоликое. Прежде всего в зависимости от строения кристаллов карбонат кальция образует два минерала — кальцит и арагонит.