ГЕОХИМИЯ

 

КАЛЬЦИЙ — СИМВОЛ ПРОЧНОСТИ

 

 

 

Простую известь обыкновенно выписывали с Валдайских высот, за полторы тысячи километров от новостроящихся центров, а цемент шел из Новороссийска окружной дорогой — через моря Черное, Эгейское и Средиземное, Атлантический и Ледовитый океаны; рассказал им, что я поэтому прекрасно понимаю совершенно исключительное значение извести в жизни и строительстве, но сам я известняками никогда не занимался и ничего о них не знаю.

 

— Тогда расскажите нам о кальции,— сказал один из инженеров, подчеркивая, что основой всех известняков является металл кальций,—расскажите о том, чтб собой представляет этот металл с точки зрения геохимии, каковы его свойства, какова его судьба, где и как он накапливается и почему именно он создает красоту мраморов и придает такие ценные технические свойства известнякам и цементным мергелям.

Я прочел им лекцию на эту тему — и так появился рассказ об атомах кальция в мироздании, который я привожу ниже.

 

— Вы работаете в цементной промышленности, в промышленности вяжущих веществ, важнейшей отрасли строительной промышленности, для вас история атомов кальция представляет особенный интерес.

 

Химики и физики нам говорят, что кальций занимает в Менделеевской системе совершенно особое место, era номер по порядку 20. Это значит, что он состоит из ядра, то есть из мельчайших частичек — протонов и нейтронов, и двадцати свободных отрицательно заряженных частичек, которые мы называем электронами.

 

Число 40 определяет собой атомный вес этого элемента, расположенного во второй группе Менделеевской системы, во втором ее ряду. В своих соединениях он требует для получения устойчивых молекул двух отрицательных зарядов. Как говорят химики, его валентность равна двум.

 

Вы видите, что мне пришлось при этом перечислении приводить цифры, кратные четырем. В геохимии это очень важные числа. Мы знаем и в жизни, что когда мы хотим что-либо сделать устойчивым, то мы всегда прибегаем к этим числам; так, например, стол имеет четыре ножки. Устойчивое тело, всякая постройка обычно симметричны, так что правая и левая половины сходны.

 

Число 2 и числа 4, 20 и 40 говорят нам об исключительной устойчивости и атомов кальция, и мы даже еще не знаем тех сотен миллионов градусов, которые могут разрушить эту прочную постройку из маленького ядра и быстро несущейся вокруг него плеяды из двадцати отрицательных планет. И по мере того как астрофизики начинают понимать строение всего мира, все более и более вырисовывается огромная роль атомов кальция в мироздании.

 

Но вот, покорные законам притяжения, какие-то мчащиеся, частицы мироздания, описывая свои сложные пути, залетают к нам на Землю. Они падают в виде метеоритов, и снова кальций играет в них огромную роль. И на нашей Земле трудно себе представить какой-нибудь металл, который имел бы большее- значение во всех сложных судьбах образования земной коры,, создания жизни и технического прогресса.

 

Еще в те времена, когда расплавленные массы кипели на. поверхности Земли, когда постепенно отделялись тяжелые пары, образуя атмосферу, и сгущались первые капли воды, создавая; великие океаны и моря, кальций, вместе со своим другом магнием, таким же плотным и прочным, таким же четным элементом (номер его 12), являлся одним из самых важных металлов; Земли.

 

В разных породах, которые тогда изливались на поверхность или застывали в глубинах, атомы кальция и магния играли особую роль. Дно больших океанов, особенно Тихого, еще. и сейчас выстлано базальтовой постелью, в которой атомы каль7 ция имеют большое значение, и мы знаем, что наши материки плавают на этой базальтовой постели, образующей как бы своеобразную тонкую застывшую кору на расплавах глубин.

 

Геохимики даже подсчитали, что в состав земной коры входят по весу 3,4% кальция и 2% магния. Они связали законы распространения кальция с замечательными свойствами самого атома кальция, с четностью его электронов, с удивительной устойчивостью этой прекрасной совершенной постройки мира.

 

Сразу же после образования земной коры начались сложные пути странствования этих атомов.

 

Извержения вулканов в те далекие времена выносили с собой большие количества угольной кислоты. Тяжелые облака воздушной атмосферы, насыщенной парами воды и углекислоты, окружали Землю, разрушая земную поверхность, снося в диких первичных бурях еще горячие массы земли. Так начался самый интересный этап в истории странствований атомов кальция.

 

С углекислотой кальций давал прочные, устойчивые соединения. При избытке углекислоты карбонат кальция переносился водами; при потере углекислоты он осаждался в виде белого кристаллического порошка.

 

Так образовывались мощные слои известняков. Там, где наносы земной поверхности накапливали остатки глин, осаждались слои мергелей. Бурные движения подземных раскаленных масс, врывающихся в слои известняков, обжигали их своими парами в тысячи градусов и превращали в белоснежные горы мрамора.         

 

Но вот из сложных клубков каких-то соединений углерода зародились первые комки органического вещества. Постепенно усложнялись эти коллоидальные желеобразные массы, напоминающие медуз нашего Черного моря; зарождались в них новые свойства — свойства живой клетки. Великие законы эволюции, борьбы за существование, борьбы за дальнейшее развитие рода усложняли эти молекулы, приводили их к новым сочетаниям, и новые свойства появлялись на основе великих законов органического мира. Постепенно рождалась жизнь... Сначала в виде простых клеток среди горячих морей и океанов, потом в виде более сложных многоклеточных организмов, и так вплоть до самого совершенного организма на земле — человека.

 

 В этом постепенном усложнении роста каждого организма отражалась все время борьба за создание прочного, устойчивого тела. Мягкое, упругое тело животного было беззащитно перед врагами, которые на каждом шагу его разрывали и уничтожали. Живое вещество в процессе постепенной эволюции все больше и больше стремилось защитить себя. Надо было создать или какую-то непроницаемую оболочку вокруг мягкого тела, чтобы можно было спрятаться за ней, как за броней, или же нужен был крепкий внутренний остов — то, что мы называем скелетом, чтобы мягкое тело могло прочно держаться на твердых костях.

 

И история жизни нам показывает, что в этих поисках твердого и прочного материала кальций сыграл совершенно особенную роль. Сначала в раковинки вовлекался

Однако этот путь оказался не самым правильным; фосфор лужен для самой жизни, но не всюду его запасы так велики,

чтобы можно было легко построить прочную раковину; история развития животного и растительного мира показала, что гораздо выгоднее строить прочные части из других, малорастворимых соединений — опала, сернокислых стронция и бария; но в особенности оказался пригодным углекислый кальций.

 

Правда, не менее нужным оказался и фосфор: в то время, как различного рода моллюски и рачки, а также одноклеточные организмы стали широко использовать углекислый кальций для своих красивых ракушек, скелетные части наземных животных стали строиться из фосфорнокислых солей. Кость человека или крупного животного состоит из фосфата кальция, который довольно близок по своей природе к нашему минералу апатиту. ■ Но и тут и там кальций играл значительную роль. Разница была только в том, что скелет человека строился из фосфата этого металла, а раковинки — преимущественно ш карбоната.

 

Трудно себе представить более замечательную картину, чем та, которая рисуется перед натуралистом, когда он подходит к берегу, например, Средиземного моря.

Я помню, как еще молодым геологом я впервые попал около Генуи на скалистый берег Нерви. Я был поражен красотой и многообразием ракушек, разноцветных водорослей, раков-отшельников с их красивыми известковыми домиками, различных моллюсков, целых колоний мшанок и различных известковых кораллов. Я совершенно погрузился в этот чудесный мир прозрачной воды, сквозь синеву которой сверкали всеми цветами радуги разнообразные соединения все того же углекислого кальция. Но мое увлечение этим новым миром прервал огромный осьминог, который незаметно подплыл к нашему камню, и я стал дразнить его палкой.

 

В сотнях тысяч видов накапливался кальций в раковинах и скелетах на дне морских бассейнов. Там прихотливые остатки умерших организмов образовывали целые кладбища углекислого кальция — начало новых горных пород, целых будущих горных хребтов.

И сейчас, когда мы восторгаемся разнообразием расцветок мраморов, украшающих наши архитектурные сооружения, или на электростанции любуемся красивым серым или белым мрамором распределительного щита, или спускаемся по лестнице метро с желтобурыми ступенями из шемардинского подмосковного мраморовидного известняка, мы не должны забывать, что во всех этих случаях начало огромным скоплениям известняка положено было маленькой живой клеткой и той сложной химической реакцией, которая улавливает рассеянные атомы кальция в морской воде, претворяет их в твердые кристаллические скелеты и волокна кальциевых минералов, которые были названы кальцитом и арагонитом. Но мы знаем, что на этом не кончаются странствования атомов кальция.

Снова воды растворяют его, снова начинают странствовать в земной коре его шарообразные ионы в сложных водных растворах, то образуя так называемые жесткие, богатые кальцием воды, то выпадая вместе с серой в виде гипса, то кристаллизуясь в дивные сталактиты и сталагмиты — сложные фантастические образования известковых пещер.

 

Потом начинается последний этап истории странствований атомов кальция: им завладевает человек. Он не только использует мраморы и известняки в чистом виде, но в больших печах цементных заводов и известковых обжигательных печах он, освобождая -кальций от власти углекислоты, создает грандиозные количества цемента и извести, без которых не было бы нашей промышленности.

 

В самых сложных процессах органической и неорганической химии — всюду кальций играет огромную роль, определяя собой ход процессов в лабораториях химиков, технологов и металлургов. Но и этого человеку сейчас мало. Кальция слишком много вокруг нас; можно использовать этот устойчивый атом еще для более тонких химических реакций; человек затрачивает на него десятки тысяч киловатт электрической энергии; он освобождает атомы кальция в известняке не только от углекислоты,— он разрывает его связь с кислородом, он выделяет его в чистом виде, в виде блестящего, сверкающего, мягкого, упругого металла, который горит на воздухе, покрываясь белой пленкой все той же извести.

 

Вы видите, что история атомов кальция гораздо более сложна, чем мы это думаем; что трудно найти другой химический элемент, который проходил бы столь сложные пути в мировом пространстве и определял бы более важные моменты в истории зарождения наших миров и в нашей промышленной жизни.

 

Не нужно забывать, что кальций — один из самых энергичных и подвижных атомов мироздания, что безграничны возможности его сочетания в кристаллические постройки мира, что еще много новых открытий сделает человек, сумев использовать эти подвижные маленькие шарики для создания новых, может быть невиданных по прочности, материалов для строительства и промышленности. Но для этого нужно еще много работать, нужно вдумываться в природу этого атома. Чтобы быть хорошим геохимиком, надо быть вдумчивым химиком и физиком и надо быть знатоком геологии. Надо владеть всеми этими науками — химией, физикой, геологией, геохимией, чтобы быть хорошим технологом и понимать те новые пути промышленности, которые приведут к блестящим победам над природой, к широкому использованию самых распространенных элементов Земли!

 

 

 Смотрите также:

 

Прочность бетона при сжатии. Хлорид кальция увеличивает...

Хлорид кальция увеличивает прочность бетона и раствора в раннем возрасте, причем
Более высокое содержание хлорида кальция приводит обычно к снижению прочности бетона.

 

Добавки в бетон. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ХЛОРИДА КАЛЬЦИЯ...

Прирост прочности таких бетонов после пропаривания составляет 15—20 %.
С ростом содержания шлака ускоряющее действие хлорида кальция уменьшается.

 

Ускорители и замедлители твердения. Специальные цементы

Хлористый кальций. Введение хлористого кальция в состав бетонной смеси повышает интенсивность нарастания прочности...