Путешествие в Страну элементов

Однако бикарбонат может превращаться в известняк и биогенным путем, с участием живых организмов. Многочисленные морские организмы используют карбонат кальция для постройки раковин, разлагая содержащийся в воде бикарбонат. После отмирания таких организмов раковины оседают на дно. Такое «строительство» продолжается миллионы лет, давая залежи ракушечника и мела.

Горообразовательные процессы поднимают их над поверхностью моря. Попадая в условия высоких температур и давлений, известняки уплотняются, меняют свою структуру и превращаются в мрамор. Это уже метаморфическая порода («метаморфоза» означает «превращение»). Поднятые над морем массивы известняков снова подвергаются атаке воды, углекислого газа, тепла — начинается новый цикл бесконечного путешествия кальция. Вот почему иногда говорят о круговороте кальция в природе.

Но вспомним, что путешествие кальция началось с разрушения алюмосиликатов, причем кальций не возвращается снова в такие соединения. А это значит, процесс идет необратимо, и то, что мы называем циклом, кругом, круговоротом, — достояние лишь определенного геологического периода.

Кальций, кроме того, играет огромную роль в круговороте углерода: 99,82 процента углерода земной коры содержится в осадочных породах, то есть в значительной степени связано именно с кальцием.

Представим себе, что жизнедеятельность растений и животных, горение и другие процессы не возобновляли бы в атмосфере запасы углекислого газа. Тогда потребовалось бы всего 1800 лет, чтобы весь наличный CO₂ был бы связан кальцием и другими металлами.

Ну, а что же «бедные родственники» кальция — барий и стронций? Их судьба похожа на судьбу кальция. Эти элементы тоже в виде сульфатов и карбонатов попадают в воду и затем в осадочные породы. В общих чертах они путешествуют по тем же «маршрутам», что и их вездесущий родственник.

Элемент-строитель

Когда человек, не довольствуясь уже готовыми дарами природы, начал строить каменные жилища сам, по-видимому, в качестве строительного материала он использовал прежде всего известняк. Ведь его много, он достаточно прочен и в то же время легче поддается обработке, чем другие твердые породы.

Из известняковых плит сложены знаменитые египетские пирамиды. Наши южные города — такие, как Одесса, Евпатория, — строились из известняка. А Москва — ведь она потому и называлась белокаменной, что стены ее слагались из подмосковных известняков!

Сооружения древних времен возводились без применения каких-либо веществ, скрепляющих, «склеивающих» камни друг с другом. Прочность кладки обеспечивалась идеальной подгонкой, пришлифовкой камней. Трудно себе даже представить, какую титаническую работу приходилось при этом проделывать. Готовить вяжущие материалы люди научились гораздо позже. И в этом им снова пришел на помощь кальций.

Если природный гипс CaSO₄·2H₂O нагреть до 150 градусов, то часть его кристаллизационной воды удаляется. Получившийся гидрат с меньшим содержанием воды 2CaSO₄·2H₂O может «возвратить» себе потерянную воду. Практически такой «жженый», как его называют, гипс, или алебастр, размешивают с водой и полученную массу используют в качестве вяжущего материала для штукатурных работ и т. д. По мере того как вода «возвращается» в молекулу кристаллогидрата, происходит затвердевание массы.

Если нагреть гипс выше 500 градусов, он полностью обезвоживается и теряет способность присоединять воду обратно. За это его и называют «мертвым» гипсом. Если же продолжать нагревание, доводя температуру до 1000 градусов и более, то получается новый вяжущий материал — так называемый гидравлический гипс. Это уже более сложное вещество: прокаливание при такой высокой температуре ведет не только к полной потере воды, но и к частичной потере серного ангидрида, который был связан в молекуле гораздо прочнее, чем кристаллизационная вода. Теперь образуется соль, в которой количество основного окисла CaO превышает количество кислотного окисла SO₃. Нормальная соль CaSO₄ превратилась в основную, состав которой выражается приближенной формулой xCaSO₄·yCaO.

Если добавить воду к гидравлическому гипсу, она присоединяется к основной соли, получающиеся кристаллы переплетаются друг с другом, давая очень прочную массу, устойчивую к действию воды (недаром же гипс гидравлический!) и колебаниям температуры. Этот вяжущий материал был известен людям очень давно: в Египте он применялся уже 4 тысячи лет назад.

С древних времен используется людьми в качестве вяжущего вещества и известь. В наше время ежегодно расходуют десятки миллионов тонн извести. Для приготовления извести обжигают известняк в больших печах при температурах около 900 градусов. Чтобы превратить известь в вяжущий материал, ее «гасят» водой:

CaO + H₂O = Ca(OH)₂.

Если воду взять в избытке, образуется «известковое молоко». К нему добавляют еще песок и полученную массу (строители называют ее «раствором») используют для скрепления камней или кирпичей в строительстве.