Файл: Беляев, А. И. История магния.pdf

Анатолий Иванович

БЕЛЯЕВ

(1906— 1967)

А К А Д Е МИ Я НАУК СССР

ОТДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИИ И ТЕХНОЛОГИИ НЕОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

А. И. Беляев

ИСТО РИ Я

МАГНИЯ

И З Д А Т Е Л Ь С Т В О « НАУКА» )

М о с к в а 1 9 7 4

УДК 669.721 (091)

Гос. публичная

НЕіуЧНО-ТѲХНИ

0[;0лиот-«кч сТсор £

I

ГISS-Г '

История магния. Б е л я е в А. И. Изд-во «Наука», 1974.1— 104.

В книге известного советского металлурга члена-корреспондента АН СССР А. И. Беляева описана история промышленного освоения и

использования магния — от первых попыток выделения в чистом виде и использования соединений этого металла до современной техноло­ гии производства. Показано применение магния в народном хозяйстве Автором привлечен обширный исторический материал.

Издание рассчитано на специалистов металлургов и химиков,

историков науки и техники и широкие круги читателей, интересую­ щихся историей металлургической и химической промышленности.

Иллюстраций 19, библиогр. 144 назв.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Книгу «История магния» написал выдающийся ме­ таллург, специалист в области металлургии легких ме­ таллов Анатолий Иванович Беляев.

Член-корреспондент Академии наук СССР А. И. Бе­ ляев работал в области металлургии легких и получе­ ния чистых металлов и истории техники. В течение мно­ гих лет им выполнялись важные экспериментальные работы. Основными направлениями его научно-исследо­ вательской деятельности являлись изучение физико-хи­ мических основ электрометаллургии легких металлов — алюминия, магния, бериллия, лития, исследования по­ верхностных явлений в расплавленных солях, стойкости в них углеродистых материалов, исследования получения чистых металлов и.полупроводниковых материалов с по­ мощью химических транспортных реакций.

Научные работы А. И. Беляева в области металлур­ гии магния касались улучшения состава электролита магниевых ванн, поведения в них окиси магния, потерь магния и выхода по току. Изучение поверхностных яв­ лений в расплавленных солях применительно к процес­ сам электролитического получения и рафинирования магния показало большую роль этого фактора при изби­ рательном поглощении компонентов расплава футеров­ кой электролизеров, анодном эффекте при электролизе расплавленных солей, в потерях металла и выхода по току при электролизе магния. А. И. Беляевым разработа­ на общая классификация транспортных химических реак­ ций при использовании их для получения чистых метал­ лов и полупроводниковых материалов.

3

Глава t

От к р ы т и е м е т а л л и ч е с к о г о м а г н и я

И ПОЛУЧЕНИЕ ЕГО ХИМИЧЕСКИМИ СПОСОБАМИ

Во время засухи летом 1618 г. некий Генри Уикер обнаружил на пастбище в Эпсоме (Англия) небольшую ямку, заполненную водой. К его изумлению, ни одно из его тридцати животных не хотело пить эту воду. Позже было установлено, что эта горькая вода обладает лечеб­ ными свойствами при наружном и внутреннем употреб­ лении. С середины XVII столетия Эпсом становится известным курортом с минеральными водами, привле­ кающими большое число больных с континента [1, 2].

В 1695 г. Н. Грю [3] опубликовал сообщение о ле­ чебной ценности соли этого источника, а в 1726 г. Джон Толанд писал, что «эти соляные воды очень полезны...

соль, извлеченная из них, знаменита по всей Европе» [4]. Так как поставки натуральной эпсомской соли были недостаточны, то для того, чтобы удовлетворить спрос на нее, натуральную соль стали заменять искусственным продуктом. Каспар Неуманн (1683—1737) заявил, что в Портсмуте он приготовлял искусственную эпсомскую соль добавлением серной кислоты к водному раствору мор­ ской соли, привезенной из Испании и Португалии [5]. Он отличал эпсомскую соль (сульфат магния) от «мирабилитовой соли Глаубера» (сульфата натрия) и указал, что «земля горькой слабительной соли называется mag­ nesia alba (белая магнезия)... Я, — писал он,— нигде не встречался с такой землей в минералах королевст­

7

Описание ранней истории магнезии сделано Т. Берг­ маном в его «Физических и химических очерках» [6]. В начале XVIII столетия некий монах продавал в Риме лекарство, называемое магнезией альба, или «порошком Коунта Пальмы». В 1707 г. Михаэль Бернгард Вален­ тина из Гиссена открыл метод приготовления магнезии прокаливанием азотнокислой соли. Спустя два года Иоганн Адриан Слевогт из Иенны указал более легкий путь получения белой магнезии — осаждением ее из рас­ твора. Так как этот порошок выделял газовые пузырьки при действии на него кислот, то химики долгое время путали его с «кальциевой землей» (карбонатом каль­ ция), которую они получали из устричных раковин и яичной скорлупы. Фридрих Гоффман (1660—1742) уста­ новил, однако, что если «кальциевую землю» обработать серной кислотой, то она превращается в безвкусную соль, тогда как магнезия в результате подобной обра­ ботки дает соль с сильно горьким вкусом.

В это же время полагали, что при прокаливании карбонатов они соединяются с «кислотной составной частью», переходящей из огня, и образуют каустиче­ ские щелочи. Однако в 1755 г. Жозеф Блек [7] из Эдин­ бурга опубликовал большой трактат, озаглавленный «Эксперименты над магнезиа альба, негашеной известью и другими щелочными субстанциями», в котором он до­ казывал, что карбонаты теряют в весе при их прокали­ вании и что вещество, которое из них улетучивается, представляет собой двуокись углерода, «связанный воз­ дух». В своем трактате он также показал, что магне­ зия совершенно отлична от извести, а четыре года спустя Марграфф из Берлина сделал то же самое открытие не­ зависимо от Блека [8].

Таким образом, во второй половине XVIII столетия уже совершенно определенно отличали магнезию от дру­ гих «земель» (окислов), и в частности от извести. Не­ обходимо было теперь совершить следующий шаг — вы­ делить в свободном виде ее «металлическую основу».

Впервые такая попытка была сделана в самом нача­ ле XIX столетия знаменитым английским физиком и хи­ миком Гёмфри Деви (1778—1829), после того как он подверг электролизу расплавленные едкое кали-и едкий натр, получив таким образом металлический натрий :и калий [9].

8

Он решил аналогичным путем осуществить разложе­ ние окислов щелочно-земельных металлов и магне­ зии. В своих первоначальных опытах Деви пропускал электрический ток через влажные окислы, которые он предохранял сверху от соприкосновения с воздухом сло­ ем нефти. При этом действительно происходило разложе­ ние окислов, но выделявшиеся металлы образовывали интерметаллические соединения с катодом.

Деви после этого попытался применить калий непо­

из стекла; но так как я вынужден был применять очень небольшие количества (вещества) и не должен был по­ вышать нагрев до размягчения стекла, я не получил та­ ким путем хороших результатов» [10].

В методе, который Деви затем применил, сухой не­ электропроводный окисел (кальция, стронция, бария или магния) он смешивал с избытком поташа и расплавлял его. Когда Деви покрывал эту смесь слоем нефти и про­ пускал через смесь электрический ток, он наблюдал по­ явление металлических шариков, вспыхивавших ярким пламенем, но после исчезновения пламени не оставалось ничего, кроме поташа и окисла, с которым Деви начи­ нал процесс [ 10, 11 ].

Несмотря на большое разочарование, полученное от этой неудачи, Деви продолжил свои эксперименты, но теперь он принял другой план действий. Он смешивал известь с окисью ртути, растирал смесь до появления ка­ пелек ртути и получал небольшие количества амальгамы кальция. Аналогичным путем он приготовил амальгамы других щелочноземельных металлов, а также серебра, олова и свинца, не добившись, однако, выделения из амальгам свободных металлов.

Вмае 1808 г. Берцелиус написал Деви о том, что он

ид-р Понтен разложили известь, смешивая ее с ртутью

иподвергая смесь электролизу, и что они получили так­ же вполне удовлетворительные результаты по разложе­ нию барита и приготовлению амальгамы бария [11,12].

Учтя это, Деви разработал окончательный метод вы­ деления щелочноземельных металлов и магния, как тако­ вых. Он смешивал влажный окисел с окисью ртути и помещал смесь на платиновую пластинку, соединенную

9