Металл века

Титан в живых организмах впервые обнаружил английский химик Риз в 1835 году. Растения, как правило, концентрируют титан в больших количествах, чем животные, но многие организмы тоже содержат немало этого элемента. К ним в первую очередь необходимо отнести крабов, устриц, ракушек, целый ряд рыб и других обитателей морей.

Титан найден в тканях лошадей, овец, собак, кроликов, телят, причем больше всего титана содержится в легких, печени, волосяном покрове и в почках животных.

В организме взрослого человека находится около 20 миллиграммов титана. Особенно богаты этим элементом селезенка, надпочечники и щитовидная железа. Так как титана сравнительно много в почвах, то мы постоянно вдыхаем его вместе с обычной пылью и, по-видимому, именно этим обстоятельством объясняется тот факт, что у пожилых людей в легких чуть ли не в сто раз больше титана, чем у новорожденных, тогда как в других органах количество элемента постоянно и с возрастом не меняется.

До сих пор неизвестно, какую роль выполняет титан в человеческом организме, но степень его концентрации позволила советскому академику В.И. Вернадскому высказать предположение о том, что титан нужен для организма и выполняет какие-то определенные жизненно важные функции. Во всяком случае на сегодняшний день точно установлено, что титан безвреден для людей и животных.

В медицинской литературе описан случай, когда один человек, очевидно, желая покончить с собой и не найдя под рукой ничего более существенного, принял внутрь почти полкилограмма диоксида титана. Никаких серьезных последствий для организма эта лошадиная доза не вызвала.

Небольшое количество титана есть в костях и зубах человека, в материнском молоке. Японские ученые установили, что титан находится и в волосах, но только в светлых, так что, выходит, шатены, брюнеты и рыжие этим элементом "обделены”.

Обнаружено также, что титан — составная часть коровьего молока, куриных яиц и многих других пищевых продуктов.

Таким образом по распространенности в природе титан занимает среди металлов четвертое место (после алюминия, железа и магния). В земной коре он составляет 0,6 %, то есть втрое больше, чем медь, цинк, никель, ванадий, хром и марганец вместе взятые.

Глава 2. НА ВТОРЫХ РОЛЯХ

ОШИБКИ И ЗАБЛУЖДЕНИЯ

Первую ошибку в исследованиях свойств титана совершил Клапрот. Наблюдая реакцию взаимодействия диоксида титана с железосинеродистым калием, немецкий химик отметил, что при этом образуется осадок зеленого цвета, тогда как в действительности осадок был желто-коричневым. На это указал русский ученый Товий Егорович Ловиц, тщательно изучивший свойства соединений титана, которые находятся в титано-магнетитовых рудах. О своих исследованиях Ловиц рассказал в статье "Показание некоторых замечаний о титане”, опубликованной в химических анналах Крелля за 1799 год. Правда, ошибка Клапрота была не столь уже принципиальной. Дальше последовала целая цепь ошибок намного серьезнее, сменявших друг друга на протяжении более чем вековой истории.

В течение всего XIX века ученые разных стран безуспешно пытались получить металлический титан, который практически был бы свободен от примесей. В природе не существует титана в чистом виде и предстояло извлечь этот металл из его чрезвычайно прочных соединений. Задача была не из легких и многие авторитетные химики попадали впросак.

В 1822 году ошибся известный английский химик Волластон. Исследуя найденные в шлаке металлургического завода кристаллы, он пришел к выводу, что они представляют собой титан, свободный от примесей. Выдающийся шведский ученый Йенс Якоб Берцелиус присоединился к мнению Волластона. Это заблуждение просуществовало почти 30 лет, пока, наконец, немецкий химик Фридрих Вёлер, сжигая эти кристаллы в струе хлора, не доказал, что ”титан” Волластона представляет собой химическое соединение титана с азотом и углеродом. Впрочем, принять соединения титана за чистый металл было нетрудно: ведь они отливали металлическим блеском, отличались твердостью и тугоплавкостью. Но всем нитридам, карбидам и низшим оксидам титана присуща хрупкость, и хрупкость эту ошибочно приписывали самому элементу.

В 1825 году, восстанавливая фтортитанат калия, Берцелиус пытался получить свободный титан, но эта попытка не дала ожидаемых результатов: металл был загрязнен большим количеством примесей. На протяжении XIX века выделить элемент пробуют многие ученые из разных стран: Вёлер и Девиль, Мерц и Керн, Эбельман, Нильсон и Петерсон, Леви, Муассан и другие. Шведские химики Ларе Фредерик Нильсон и Отто Петерсон получили металл из четыреххлористого титана при помощи натрия в герметическом стальном сосуде. Титан шведских химиков содержал 5 процентов примесей.

Относительно чистый титан в прошлом веке был получен, по всей вероятности, французским химиком Анри Муассаном. Муассан восстанавливал диоксид титана древесным углем, представляющим собой почти чистый углерод. Реакция проходила в известковом тигле при очень высокой температуре. Извлеченный таким способом металл содержал 5 процентов углерода, а последующей очисткой удалось снизить количество примесей в два с половиной раза. Спустя много лет два музейных металлических образца титана, полученного Муассаном, подвергли химическому анализу. Выяснилось, что образцы снаружи были окружены как бы стенкой из железа и карбида титана, а внутри находился относительно чистый металлический титан.

В России опыты над соединениями титана проводил Дмитрий Кириллович Кириллов. Талантливый ученый был тяжело болен, но вынужден был тратить свои личные средства не на серьезное лечение, а на проведение сложных опытов над титановыми рудами, так как царское правительство денег на научные исследования ему не давало. Работе с титаном Кириллов уделял почти все свое время, остающееся после чтения лекций в Московском университете. Результаты своих экспериментов Дмитрий Кириллович опубликовал в брошюре "Исследования над титаном", увидевшей свет в 1875 году.

Но научный поиск Кириллова остался незамеченным. Полученные результаты не привлекли внимания, не послужили базой для дальнейших исследований, не стали отправной точкой для более совершенных опытов и уже через небольшой промежуток времени были забыты. Такое пренебрежение к отечественной науке, равнодушие к ее достижениям и судьбам незаурядных ее представителей были характерными для всего периода существования царского самодержавия.

Наступил XX век, а элемент титан так и не был выделен в свободном состоянии. И Дмитрий Иванович Менделеев, делая обзор элементов IV группы, в своем последнем прижизненном издании "Основ химии", вышедшем в 1906 году, говорил не о металлическом титане, а о четырех его минералах — рутиле, титанистом железняке-ильмените, сфене и перовските. Впрочем, и о соединениях титана в книге говорилось немного. Почему? Об этом сказано буквально следующее: ”Так как титан и цирконий довольно редки в природе, имеют мало практического применения и не представляют новых форм соединений, то мы над ними не можем подробно останавливаться в этом сочинении”.

НЕОПРАВДАННЫЕ НАДЕЖДЫ

Принято считать, что первым технически чистый титан получил американский химик Хантер в 1910 году, через 120 лет после открытия элемента. Хантер с сотрудниками трудился в известной фирме ”Дженерал электрик компани”, занимаясь поиском новых тугоплавких материалов для волосков электрических ламп. В то время предполагали, что титан, если его удастся получить в чистом виде, должен плавиться при очень высокой температуре.

Вначале Хантер пытался выделить элемент из фторотитаната натрия при помощи калия в стальном цилиндре. Но лучшие образцы получаемого продукта содержали в себе только две трети титана. Остальную треть составляли примеси. Тогда ученый решил пойти по другому пути. Он попробовал восстановить металл из фторотитаната бария, но и это не дало сколько-нибудь ощущаемых результатов. После этого Хантер стал экспериментировать с оксидами титана.

По методу Муассана был получен титан, загрязненный небольшим количеством углерода, — карбид титана. Из этого соединения путем хлорирования получили четыреххлористый титан. Его очень тщательно очистили, в результате чего образовалась бесцветная, как бы кипящая от взаимодействия с воздухом жидкость. Дальше Хантер с сотрудниками использовал метод Нильсона — Петерсона, проявив максимум осторожности, чтобы не допустить воздух в реакционный сосуд.

В этот стальной реактор — так называемую ”бомбу” емкостью 1 литр — были помещены полкилограмма четыреххлористого титана и вдвое меньшее количество металлического натрия. ”Бомбу” нагрели так, что стенки ее раскалились докрасна. И тогда раздался оглушительный взрыв: между находящимися в сосуде веществами произошла мгновенная химическая реакция.