andresol (andresol) wrote,
andresol
andresol

Categories:

Титан: Элемент-катастрофа

Джуне было скучно на работе. «Ученые обнаружили на Титане молекулы жизни», – прочитал механический голос диктора. Джуна выключила радио. «И здесь он. Правда, это не наш титан, а другой. Интересно, а есть ли титан на Титане?» – подумала она. С тех пор как она стала ответственным специалистом по технике безопасности на заводе, титан окружал ее повсюду. Родственники и знакомые считали своим долгом напомнить ей о работе своими подарками, поэтому оправа ее очков была из титана, ремешок часов – из титана, кружка, из которой она пила зеленый чай, и та была из титана. Для окончательного «отитанивания» Джуне оставалось вставить себе титановые кольца в нос и в язык, чтобы вечно ощущать вкус и запах тускло-серого металла, который она помогала производить.


Было время ланча, и еду Джуна взяла в тайской забегаловке, которая специально называлась «Ti22», чтобы заманивать работников завода. Пластиковая плошка с рисом была сделана из полипропилена, о чем говорила цифра 5 в выдавленном на дне треугольнике. Но Джуна знала, что пропилен полимеризуют с помощью катализаторов Циглера–Натта, содержащих все тот же титан, и частички катализатора неизбежно остаются в пластике. И его белый цвет указывал, что полипропилен, скорее всего, дополнительно подкрашен диоксидом титана TiO2, чтобы не пугать потребителей грязно-серым цветом чистого полимера.

«Надеюсь, что для полноты картины и оправдания названия, азиатские повара не положили мне титановые гайки вместо орехов кешью», – подумала Джуна, наворачивая первую ложку. Она вспомнила, как испугался Зюс, узнав, что белая посыпка на его любимых пончиках – это все тот же TiO2. И только после ее уверений, что он всю жизнь чистил зубы пастой с диоксидом титана и мазался кремом от загара, где диоксид титана был действующим ингредиентом, он перестал бояться химии и начал ее есть.

На производство диоксида титана уходит более 90% всей титановой руды. Титановыми белилами, заменившими ядовитые свинцовые белила, были выкрашены стены ее кабинета. Страницы в ее блокноте были отбелены с помощью того же титанового пигмента. Но все это эстетика: настоящую силу титан демонстрировал в своей металлической форме.

Некогда титан называли металлом будущего. Для Джуны он был самым что ни на есть настоящим. Такой же прочный как сталь, но более легкий (на 45%) и стойкий к коррозии, нетоксичный для людей, девятый по распространенности элемент в Земной коре, титан давно бы потеснил старика «феррума», если бы не высокая стоимость его восстановления из руды. Завод «Cronos» занимался именно этим процессом. Джуна с гордостью передовика титанового производства взглянула на монитор, показывающий состояние коммуникаций и реактора, и ложка выпала из ее рук. Давление в колонне с тетрахлоридом титана было сильно выше нормы и продолжало расти, приближаясь к критическому. Джуна отшвырнула тайскую еду в сторону и дернула за красный рубильник сигнализации.

Авария произошла где-то между колонной по очистке тетрахлорида титана и восстановительным реактором. Прямое восстановление из оксида углем – основной металлургический процесс для многих металлов – не работает в случае титана: вместо металла получается карбид TiC. Поэтому ученые долго не могли получить чистый титан, и до начала 20 века он оставался лабораторной диковинкой, считался хрупким и потому бесполезным. «Cronos» получал металлический титан по процессу, запатентованному в 1940 году люксембургским металлургом Уильямом Кроллом.

Вначале хлор пропускается над раскаленной до красна смесью титановой руды (минерал ильменит FeTiO3) и угля. Получается летучий тетрахлорид титана, который кипит всего при 136 ºC:

2 FeTiO3 + 7 Cl2 + 6 C = 2 TiCl4 + 2 FeCl3 + 6 CO

После очистки перегонкой газообразный TiCl4 поступает в стальной реактор, где происходит его восстановление жидким магнием при 1100 ºC:

TiCl4 + 2 Mg = 2 MgCl2 + Ti

Твердый металлический титан (температура плавления 1668 ºC) опускается на дно реактора в виде «губки», а расплавленный хлорид магния перегоняется в другой цех, где под действием электричества разделяется на хлор и магний, которые поступают назад в производство:

MgCl2 = Mg + Cl2

Титановая «губка» далее сплавляется в слиток и формуется в трубки или листы. Когда заказчику нужен титан повышенной чистоты, его подвергают дополнительной обработке иодом при 400 ºC: Ti + 2 I2 = TiI4. Пары образовавшегося иодида титана (IV) переносятся в зону разложения, нагретую до 1400 ºС, где он разлагается обратно на иод и высокочистый титан: TiI4 = Ti + 2 I2.

Но Джуне было не до химии. Надо организовать эвакуацию персонала, а потом разбираться с последствиями, если все рванет. «Где сейчас Зюс?» – с тревогой подумала она.

Последний раз она видела его, когда забирала ланч в «Ti22». Они стояли в очереди и привычно перешучивались. Джуна пожаловалась, что в эту смену работает одна без Светы, а Зюс поведал, что он и Оушен собираются наконец-то заняться плановым ремонтом колонки с тетрахлоридом титана.

Джуне не нравился седобородый работяга Оушен. Тот любил ругать молодежь и вспоминать времена, когда трубы завода были выше, а трава вокруг него белее. Вот и сегодня в очереди в кафе он затянул стихи из Гесиода:

Создали прежде всего поколенье людей золотое
Вечноживущие боги, владельцы жилищ олимпийских,
Был еще Крон-повелитель в то время владыкою неба.
Жили те люди, как боги, с спокойной и ясной душою,
Горя не зная, не зная трудов.


– Не думала, что вы такой старый, – съязвила Джуна.
Оушен презрительно посмотрел на нее и, забрав свой пакет с ланчем, ответил:

Землю теперь населяют железные люди. Не будет
Им передышки ни ночью, ни днем от труда и от горя,
И от несчастий. Заботы тяжелые боги дадут им.


Джуна прыснула от смеха, а Зюс шепнул ей на ухо: «Не зли его. Тебе за мониторами хорошо, а мне с ним работать».

Телефон Джуны завибрировал. Она с надеждой открыла сообщение Зюса, надеясь, что он пишет уже из безопасного места, но увидела только одно слово: «HELP». Джуна вздохнула, похоже, что ее собственную эвакуацию придется отложить. Как пить дать – Зюс снова решил погеройствовать, полез в самое пекло, и его снова надо спасать.

Джуна подбежала к «уголку пожарного»: пригодится ли ей сегодня огнетушитель класса D или костюм химзащиты? Время на раздумья не было. Вы, возможно, видели в «Уолмарте» ножницы с золотистым покрытием из нитрида титана, который по шкале твердости Мооса превосходит сталь? У Джуны из TiN был целый топор.

Она бежала так быстро, что чуть не столкнулась с Оушеном, запиравшим на замок лестницу, ведущую наверх колонки.
– Оушен, где Зюс? – крикнула Джуна.
Тот только пожал плечами и вместо того, чтобы двигаться к выходу с завода, ринулся к восстановительному реактору.
– Джуна, я здесь! – раздался голос Зюса откуда-то сверху.
Она вскинула голову, и в этот же момент огромное облако тетрахлорида титана выбросилось из колонки наружу, будто давно заточенные хтонические боги вырвались из своей подземной темницы Тартара.

«Кто так назвал этот проклятый элемент?» – промелькнуло в голове у Джуны. «Почему нельзя было оставить имя смиренного христианского святого?». Перед ее глазами встала ужасающая картина «Сатурн, пожирающий своего сына», которую написал глухой, престарелый Франциско Гойя на стене своей столовой:

В 1795 году химик и аптекарь Мартин Генрих Клапрот установил, что минерал рутил, привезенный из Венгрии, представляет собой «землю» (оксид) неизвестного элемента. В те годы французская научная традиция требовала называть элементы от греческих слов в соответствии с их свойствами. Например, хром был назван так, потому что многие его соединения были ярко окрашены (χρῶμα = цвет), а бром за свой запах (βρῶμος = зловоние).

(Кварц с включениями рутила).

Но Клапрот был немец, и ему нравилось давать элементам названия мифологические, размытые и ничего не значащие. Тем более, что в его распоряжении был только оксид: свойства чистого элемента не были известны. За несколько лет до этого Клапрот уже открывал новый металл, который нарек ураном. Ему показалось логичным назвать элемент из рутила в честь Титанов – детей Геи (богини Земли) и Урана (бога Неба).

Каково же было удивление Клапрота, когда ему сообщили, что его новокрещенный титан совпадает с элементом манакканитом, описанным в 1791 году священником и геологом-любителем Уильямом Грегором из Корнуолла.

Во время прогулки по окрестностям преподобный Грегор заметил, что черный песок у ручья притягивается магнитом. Но вместо того, чтобы подумать на нечистую силу, он занялся анализом песка в соответствии с последними достижениями химии и установил, что его можно разделить на магнитную часть – оксид железа – и на белое вещество, которое по всем признакам являлось оксидом неизвестного элемента. Тот черный песок был ильменитом FeTiO3 или, как его еще называют, титанистым железняком. Грегор назвал элемент манакканитом в честь Святого Манакка – покровителя местной церкви и долины.

История разрешила их спор своеобразно. Приоритет открытия титана остался за Грегором и Великобританией, но прижилось то название, которое дал Клапрот: еще неизвестно, что почетнее.

(Церковь Св. Манакка в Корнуолле).

Руки Зюса были заняты: он держал трубу, которую надо было приварить, а Оушен глядел в какой-то странный прибор.
– Может, будем работать? – нетерпеливо спросил Зюс.
Оушен кивнул, спрятал прибор в карман, но Зюс не сразу сообразил, что делает его напарник. А потом было поздно. Оушен проворно защелкнул браслет наручников на запястье Зюса, приковав того к лестнице.
– Что ты творишь?! – закричал Зюс.

Невозмутимый Оушен тем временем начал завинчивать вентиль, по которому тетрахлорид титана поступал из колонки в восстановительный реактор.
В веке титана люди рискнули тягаться с богами: Лезут под воду и в воздух, космос хотят покорить, – наконец произнес он.

(Монумент «Покорителям космоса» и памятник Гагарину, сделанные из титана).

– Э, освободи меня! – Зюс дергал рукой, но цепь наручников крепко держала его на месте, и он никак не мог дотянуться ни до Оушена, ни до вентиля. – Ты же нас всех погубишь.

Оушен грозно посмотрел на прикованного юношу. Сейчас старик явственно походил на божество в фонтане Треви в Риме, которого Джуна ошибочно приняла за Нептуна, а Зюс назвал «Санта-Клаусом летом».

– Планета раскопана и отравлена. Люди добывают титан, чтобы лезть туда, куда они лезть не должны: в воздух, под воду, в космос, – проговорил Оушен. – Думаешь титан производится для изготовления велосипедов и сковородок? Как бы не так: смертные выплавляют титан для постройки сверхсекретных летающих подлодок. Мир станет лучше, если эта фабрика будет уничтожена. Радиомаяк сообщил мне, что твоя легкомысленная подруга сейчас пьет чай из кружки, которую я ей подарил. Она еще нескоро заметит, что завод обречен.

Оушен вырвал у Зюса мобильник, на котором тот хотел набрать предупреждение Джуне, чтобы та спасалась, но успел отправить только одно слово.
– Прощай! Дождь уже близок.
Шаги Оушена загромыхали вниз по лестнице, а Зюс с тревогой увидел, как тетрахлорид титана под большим давлением вырвался на волю через предохранительный клапан.

Зюс вспомнил, как в колледже они с приятелем нашли большую бутылку с TiCl4. Она была настолько древней, что все ее горлышко успело забиться диоксидом титана, в который тетрахлорид медленно гидролизуется во влажном воздухе:

TiCl4 + 2 H2O = TiO2 + 2 HCl.

Они не могли расколоть эту белую пробку шпателем и не придумали ничего лучше, чем просверлить ее на станке. Когда же она была пробита, целый гейзер скопившегося в бутылке хлороводорода вырвался прямо в лицо Зюсу. Он чуть не потерял зрение и на всю жизнь запомнил этот едкий запах и белый дым. А теперь на него двигалось целое облако TiCl4, которое на лету разлагалось на частички TiO2 и кислотный HCl.

Свойство тетрахлорида титана давать такой нерассеивающийся белый дым использовалось в годы Второй мировой войны в дымовых гранатах и для создания маскировочной завесы кораблей. А сейчас находит мирное применение в качестве «чернил» для рисования самолетом букв и сердечек в небе. 

Зюс приготовился к неминуемой смерти в удушающем титановом тумане, когда увидел мчащуюся по территории завода Джуну с огромным топором наперевес.

Одним метким ударом она разрубила замок с эмблемой «Cronos», на который Оушен закрыл лестницу.
– Умеешь же ты влипнуть! – воскликнула она, метко перерубая цепь наручников, которые сковывали Зюса. – Кто это тебя так?
– Оушен. Я должен его остановить, пока он не уничтожил завод.
– Он что, русский шпион?
– Хуже: сумасшедший пацифист.

Зюс открутил назад вентиль, чтобы тетрахлорид титана мог снова поступать в восстановительный цех.
– Я боюсь, что этот трюк с вентилем был лишь отвлекающим маневром, чтобы работники эвакуировались, и завод остался в его распоряжении. Убегая, он сказал: «Дождь близко». Что бы это значило?
– Я знаю. Я видела, куда он побежал, – с ужасом в глазах сказала Джуна. – Он хочет устроить магниевый пожар. А когда тут все взорвется, на город пойдет облако из хлора и хлороводорода.
– Дай мне топор, я должен его остановить. А сама беги, спасайся.
– Ну, уж нет. Кто из нас ответственный за технику безопасности? Я с тобой.

Когда они приблизились к реактору, Оушен с помощью стального лома уже отодвинул кусок крыши. Восстановление проводится в атмосфере аргона, потому что при высокой температуре магний и мелкодисперсный титан горят не только в кислороде, но и в азоте. Над заводом сгустились тяжелые тучи.
– Не успели, – прохрипел задыхающийся Зюс. – Бежим, сейчас здесь начнется фейерверк тысячелетия.

Оушен поднял свой лом над головой и заорал:
– Да свершится воля богов!

Первая же молния начинающейся грозы поразила святотатца. Раздался чудовищный гром, и сраженный Оушен полетел внутрь реактора в расплавленный металл.
– Отправляйся, откуда пришел! – крикнул ему вдогонку Зюс.
– Надо закрыть крышку, пока не поздно, – Джуна бросилась вверх по лестнице.

Используя топор, как рычаг, они задвинули стальную плиту на место. И как только крышка захлопнулась, хлынул ливень. Изможденные победители начали спускаться по лестнице.
– Джуна, мне надо тебе что-то сказать, – вдруг произнес Зюс.
Она резко обернулась, поскользнулась на мокрой ступеньке и полетела вниз.

Перед глазами Джуны плыли разные образы. Изломанные линии, блестящие поверхности. Наконец, она поняла, что ей чудится музей Гуггенхейма в Бильбао, где они были с Зюсом прошлым летом.

Изначально архитектор Фрэнк Гери хотел облицевать свое деконструктивистское творение нержавеющей сталью, но ему подвернулся более интересный материал. В 1990-е годы с окончанием Холодной войны и американцы, и русские выбросили на рынок титан, хранившийся до того в неприкосновенных стратегических запасах. Цены на этот металл упали, Гери скупил его по дешевке и покрыл здание музея титановыми пластинами общей площадью в 24 тысячи м2.

Джуна открыла глаза. Голос по радио рассказывал:
– Сегодня в окрестностях завода «Cronos» прошли дожди из соляной кислоты и выпал снег из диоксида титана. Но благодаря вовремя проведенной эвакуации пострадал всего один работник завода. Он доставлен в ближайший госпиталь. Еще один человек пропал без вести.

Джуна увидела, что лежит на больничной койке. К ней зашел врач.
– Что со мной? – спросила она.
– Перелом позвонка. Но все будет хорошо. Вы сможете ходить и вернуться к полноценной жизни. Мы уже поставили вам протез из титана. Кому как не вам знать, что этот металл не вызывает аллергической реакции и легко вживается в кость.
«Да уж», – подумала Джуна, глядя вслед вышедшему доктору. «Вот и стала я совсем титановой».
Но она не долго была одна: в палату вошел Зюс.
– Как ты? – спросил он. – У меня для тебя кое-что есть.
Tags: chemistry, literature, titanium
Subscribe

  • Фотокатализ от МакМиллана, или Давно не было химии

    Имею право раз в год почитать для души статью по химии. Выбирал по тому же принципу, что и в прошлый раз со статьёй Даудны и Фрэнсиса: открыл…

  • Понятный ли английский у Айн Рэнд?

    Однажды американских читателей спросили, какая книга оказала наибольшее влияние на их жизнь. Самым популярным ответом ожидаемо оказалась Библия, а…

  • Что сделано в феврале

    Я научился работать над обновлением приложений параллельно с прослушиванием аудиокниг. За короткий месяц февраль я обновил 12 наших приложений под…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 50 comments

  • Фотокатализ от МакМиллана, или Давно не было химии

    Имею право раз в год почитать для души статью по химии. Выбирал по тому же принципу, что и в прошлый раз со статьёй Даудны и Фрэнсиса: открыл…

  • Понятный ли английский у Айн Рэнд?

    Однажды американских читателей спросили, какая книга оказала наибольшее влияние на их жизнь. Самым популярным ответом ожидаемо оказалась Библия, а…

  • Что сделано в феврале

    Я научился работать над обновлением приложений параллельно с прослушиванием аудиокниг. За короткий месяц февраль я обновил 12 наших приложений под…