Путешествие в Страну элементов

Ученые обнаружили, что чистый графит почти не поглощает нейтроны, образующиеся при делении урана, и в то же время очень хорошо замедляет их. Кроме того, графит дешев, легко обрабатывается, не боится высокой температуры и излучений реактора. Все эти качества сделали его незаменимым материалом в атомной промышленности.

Третья аллотропическая форма углерода встречается в природе в виде обычной сажи, а также каменного и древесного угля. Правда, каменный уголь — это не совсем чистый углерод. Лучшие его сорта — антрациты — содержат не более 95 процентов углерода, остальное приходится на примеси: соединения углерода с водородом, серу и негорючие вещества (различные соединения кремния), дающие при сгорании золу и шлак.

Уголь широко используется в металлургии для выплавки чугуна. Чем выше качество угля, тем чище получается чугун. Поэтому уголь вначале стараются очистить от примесей, перерабатывая его в кокс. Для приготовления кокса уголь сильно нагревают без доступа воздуха; летучие органические вещества и часть серы испаряются, давая коксовый газ, который сам по себе является ценным сырьем. Оставшийся после прокаливания каменноугольный кокс идет на металлургические заводы.

Издавна для выплавки чугуна и стали применяли и древесный уголь. Раньше, когда не умели приготовлять из каменного угля кокс, весь чугун выплавляли с помощью древесного угля. Почти все леса Англии были сведены на уголь для металлургической промышленности.

Древесный уголь снискал себе славу и как великолепный поглотитель газов. Этой способностью обладают многие вещества, но древесный (особенно березовый) уголь оказывается вне конкуренции. Один объем древесного угля способен поглотить при комнатной температуре до 200 объемов воздуха и еще большее количество ядовитых газов: хлора, фосгена и других — так велика его пористость. Поэтому древесный уголь с успехом используется в противогазах, заменяя сложные химические фильтры.

Если уголь охладить жидким воздухом, его поглотительная способность возрастает примерно в десять раз. Этим пользуются в лабораториях для создания вакуума. Охлажденные кусочки угля помещают в сосуд, откуда выкачивают воздух, и каждый кусочек «впитывает» в себя влагу и газы, которые надо удалить. Вакуум в сосуде резко повышается.

Между прочим, углерод является одним из самых тугоплавких веществ. Он плавится при температуре около 3700 градусов.

С химической стороны углерод оказывается малоактивным элементом. Однако он «инертен» лишь при обычных условиях. Достаточно высокие температуры заставляют его вступать в реакции со многими элементами — металлами и неметаллами.

Из трех аллотропических форм самой реакционноспособной оказывается аморфный углерод. При небольшом нагревании на воздухе он энергично соединяется с кислородом, образуя двуокись углерода — углекислый газ CO₂. Если горение происходит при недостатке кислорода, получается угарный газ — окись углерода CO. С серой углерод образует очень важное соединение — сероуглерод, прекраснейший растворитель жиров, масел и смол. К химическим свойствам углерода мы еще вернемся.

Самое важное соединение углерода

Оно не только самое важное, но и самое вездесущее. Углекислый газ содержится в атмосфере (0,03 процента), растворен в воде рек и морей, выделяется в огромных количествах при извержениях вулканов и, следовательно, содержится в недрах Земли. Любопытно, что на Венере его несравненно больше, чем в земной атмосфере.

Углекислый газ непрерывно перерабатывается растениями в органические вещества, растения поедаются животными, которые выдыхают углекислый газ, и углерод вновь, таким образом, попадает в атмосферу. Так происходит круговорот углерода в природе. Однако этот цикл имеет и разветвления. Значительные количества углекислого газа поступают в атмосферу Земли при извержениях вулканов. В то же время много углекислого газа, растворенного в воде океанов в форме карбонатов, используется морскими животными для построения скелетов и раковин.

В древние периоды истории Земли огромные количества углерода были выведены из круговорота жизни и погребены под толщей осадочных пород в виде залежей кальцита, каменного угля и нефти.

В течение последнего столетия человек, добывая и сжигая большие количества полезных ископаемых, увеличил поступление углекислого газа в атмосферу. Содержание его в атмосфере сейчас медленно нарастает. Но не только пищей растений служит углекислый газ, он еще и «одеяло» Земли. Он легко пропускает солнечные лучи, нагревающие земную поверхность, но задерживает инфракрасные лучи, которые Земля излучает в мировое пространство. Если бы в атмосфере отсутствовал углекислый газ, климат нашей планеты был бы намного холоднее и суше. Поэтому деятельность человека, постепенно увеличивающего содержание CO₂ в атмосфере Земли, должна со временем привести к потеплению и увлажнению климата.