Титан: Элемент-катастрофа

andresol — 20.12.2020 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 она 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. 

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив