Возможно, углерод — наиболее интересное ве­щество из всех известных человеку химических элементов. Знаете ли вы, что в кристаллической форме, например, он встречается нам как один из наиболее драгоценных камней — алмаз? В виде графита углерод используется для изготовления карандашей. А уголь, источник значительной час­ти тепла и энергии в наш век техники, тоже в ос­новном состоит из углерода.

Но еще более важно то, что углерод необхо­дим для поддержания жизни. Тела всех живых существ состоят из соединений, в которые входит углерод. Ученые с основанием полагают, что вез­де, где в любых количествах найден углерод, там, вероятно, существовала жизнь.

Углеродный цикл — это процесс, в ходе кото­рого углерод непрерывно удаляется, используется и замещается живыми существами. Вот как это происходит. В воздухе есть двуокись углерода. Растения выделяют из этого газа углерод и ис­пользуют его для строительства своих корней, стволов и листьев. Животные получают углерод в пищу от растений в виде овощей, фруктов или почек. В то же время двуокись углерода возвра­щается в воздух, в частности за счет дыхания жи­вотных и сгорания или гниения растений. Угле­родный цикл замыкается.

При сочетании элементов мы получаем соеди­нения. Число известных нам углеродных соедине­ний невероятно — их больше 200 000! Все ос­тальные элементы, вместе взятые, не образуют столько соединений, сколько один углерод. При­чина этого состоит в том, что атом углерода мо­жет самыми разнообразными способами соеди­няться с атомами других элементов и образовы­вать кольца и цепи в сочетании с другими атома­ми углерода.

Вы соприкасаетесь с углеродными соединениями или пользуетесь ими в своей повседневной жизни постоянно. Вы вдыхаете небольшое количество двуокиси углерода и выдыхаете большее количе­ство. А большинство горючих веществ, пищевых продуктов, медикаментов, пластмасс, парфюмерии (и многие десятки и сотни других изделий) пред­ставляют из себя углеродные соединения!

Мы не должны забывать, что растения — жи­вые существа. Они едят, пьют, дышат, а без до­статочного количества хорошей пищи они умира­ют. За исключением двух классов растений, все растения сами вырабатывают свою пищу. Давайте рассмотрим, как они это делают.

Чудесное вещество хлорофилл, находящееся в клетках листьев, а иногда и в стволе и в цветах, помогает живым тканям растения поглощать энергию солнечного света. Эта энергия превраща­ет неживые (неорганические) элементы в живо­творные (органические) вещества. Называется этот воистину удивительный процесс фотосинте­зом.

Но для образования живой материи требуется углерод. Растение получает углерод из воздуха. (Он существует в воздухе в соединении с кислородом в форме двуокиси углерода). Как только растение получает углерод, оно должно соединить его с другими веществами, чтобы надстраивать различные части растения.

Наиболее важное из них — вода, из которой растение получает водород. В воде должны быть также и определенные минеральные вещества, не­обходимые растению. В основном это соединения азота, серы, фосфора, поташа, кальция, магния, натрия и железа.

Растение получает эту воду и минеральные ве­щества через корни. Одна из причин того, что у корня такие длинные кончики, состоит в том, что растение может достигать ими все новых участков почвы в поисках воды и минеральных веществ. Ты­сячи маленьких волосков на молодых корневых побегах проходят через частицы почвы и извлека­ют из них необходимые вещества. Часть воды, полученной с помощью корней, используется для выработки сахара. Остальная вода испаряется с листьев, и растение вянет, когда вода испаряется через листья быстрее, чем поступает через корни.

Кстати, знаете ли вы, что не существует двух полностью одинаковых листьев, даже если они имеют одинаковую форму и цвет?

Было ли время, когда на Земле вообще не бы­ло растений? Согласно научным теориям — да. Тогда, сотни миллионов лет тому назад, на Земле появились крошечные частицы протоплазмы.

«Протоплазма» — это название живой материи, которая имеется и у растений, и у животных. Эти изначальные частицы протоплазмы и были, по мнению ученых, началом всех растений и живо­тных.

У частиц протоплазмы, из которых получились растения, появились толстые оболочки, и они ста­ли сосредотачиваться в одном месте. В них также выработалось зеленое вещество — хлорофилл — позволивший им получать питание из веществ, находящихся в воздухе, в воде, в почве.

Эти изначальные зеленые растения состояли лишь из одной клетки, но впоследствии они обра­зовали группы клеток. Поскольку они не были защищены от высыхания, им пришлось оставаться в воде. До сегодняшнего дня еще дожили некото­рые потомки этих первых растений, хотя, конеч­но, они и претерпели некоторые изменения. Мы называем их водорослями.

Получила развитие и группа растений, кото­рым для получения питания не требовался хлоро­филл. Незеленые растения называются грибками и включают в себя бактерии, дрожжи, плесени, грибы.

Большинство нынешних растений на Земле происходят от водорослей. Некоторые из них вы­шли из моря, и у них развились корешки, кото­рыми они смогли закрепляться в грунте. У них также появились маленькие листочки с внешним покрытием для защиты от высыхания. Из этих растений происходят мхи и папоротники.

Почти все древние растения размножались с помощью деления клеток (как бактерии или дрожжи) или спорами. Споры — это небольшие пылеобразные клетки, что-то вроде семян, но, в отличие от семян, они не содержат в себе запасов питания. Шло время, и на некоторых из растений появились цветы, из которых вышли уже настоя­щие семена.

Теперь мы довольно неплохо разобрались в развитии растений. Появились два различных ти­па растений с семенами: с защищенными и неза­щищенными семенами. Каждый из этих типов впоследствии развился по очень разным направ­лениям. Таким образом, мы проследили путь рас­тений от изначальных частиц протоплазмы до се­годняшних растений. По крайней мере, такова те­ория современных ботаников.

Земная кора — почва, по которой люди ходят и на которой живут — состоят в большой степени из кремния.

Кремний — второй по распространенности хи­мический элемент на Земле, но он никогда не встречается в свободном состоянии. Это значит, что он всегда соединен еще с одним или несколь­кими элементами. Кремний — основной элемент во всех горных породах, за исключением одной разновидности — карбонатов. Глина, например, содержит в среднем 50 процентов кремния, и мо­жете не сомневаться, что большинство камней, которые вы видите, имеют такое же количество кремния.

Кремний обнаружен на звездах и даже в рас­тениях. Самое большое количество кремния в ми­ре находится в кремнеземе, состоящем из кислорода и кремния. Кварц, яшма, опал, песок — все это разновидности кремнезема. В старину люди использовали кремнезем для изготовления стекла.

Кремний существует в двух видах: кристалли­ческом и в виде порошка. Чистый кремний не на­ходит широкого применения, поэтому его редко производят. А вот различные кремниевые соеди­нения используются во многих отраслях.

При соединении песка с коксом образуется карбид кремния, который обычно называется кар­борундом. Это чрезвычайно твердое вещество и используется для шлифования и полировки ме­таллов.

Еще кремний добавляется в сталь, поскольку он придает стали многие полезные качества. В стали может содержаться от 2 до 6% кремния. Когда сталь используется при изготовлении хими­ческого оборудования, в ней содержится 6% кремния, вследствие чего она гораздо лучше про­тивостоит коррозии, чем любая другая сталь.

Когда в стали 2% кремния, она становится не­заменимой для электрооборудования, поскольку в этом случае требуется меньше энергии, чтобы на­магнитить сталь. Кремниевые соединения широко используются и в химической промышленности для разнообразных нужд.

Магний — один из самых удивительных метал­лов, известных человеку. Он настолько легок, что его вес составляет лишь две трети от веса алюми­ния. Магний — самый легкий металл из использу­емых в промышленности.

Кроме легкого веса, магний имеет еще одно необычное качество. Он может гореть. Магниевые опилки или мелкие стружки очень легко загора­ются и бурно горят.

С другой стороны, свойства магния не отлича­ются от свойств других металлов. Он имеет се­ребристо-белый блеск, немного прочнее алюми­ния и быстро разъедается или изнашивается в сы­ром воздухе.

Чтобы увеличить его прочность, твердость, ус­тойчивость против коррозии, магний часто сплав­ляется с цинком, марганцем и алюминием. Маг­ниевые сплавы находят широкое применение. Из них изготовляют листы, пластины, трубы, балки и проволоку. Чрезвычайная легкость магния делает его особенно полезным при изготовлении самоле­тов и другой быстродвижущейся техники. Иногда металл в чистом виде из-за своей способности го­реть применяется в ракетах, фейерверках, в трас­сирующих пулях.

Соли магния используются в медицине и хи­мии. Горькая соль — это сульфат магния, а мо­лочко магнезии — суспензия окиси магния.

Одно время магний был лишь забавой в хими­ческих лабораториях. В 1808 году сэр Хамфри Дэйви смог выявить некоторые из его качеств, хоть и не смог получить чистый магний. Посте­пенно ученые начинали работать с этим странным металлом и узнали, как получать его в чистом виде и как его использовать в сплаве с другими металлами. Потребовалось почти сто лет, чтобы получить первый магниевый сплав.

Магний имеет настолько высокую химическую активность, что в свободном состоянии в природе не встречается. Но в сочетании с другими элемен­тами он образует больше двух процентов земной коры. Магний добывается за счет отделения его от других минералов, в сочетании с которыми он встречается в природе. В основном это магнезит, доломит, карналлит, естественные соляные рас­творы.

Никель входит в состав многих сплавов, кото­рые широко используются в сотнях промышлен­ных отраслей. Это один из самых полезных ме­таллов, известных человеку. Но в старину, когда с ним пытались работать химики, он доставлял им немало хлопот. Ведь недаром название «никель» происходит от немецкого слова, означающего «чертенок»!

Никель находят в метеоритах, и иногда — в небольших количествах — его обнаруживают в свободном состоянии. Но крупнейшие запасы ни­келя встречаются в определенных месторождени­ях, в частности в пирротитовых (пирротит — это минерал, содержащий железо, медь и никель).

Канада — крупнейший производитель никеля.

Руду, содержащую никель, обычно плавят в доменных печах, чтобы получить обогащенную смесь, которая называется штейн. Затем из этой смеси в доменной печи выплавляется никель.

Никель — это серебристый, блестящий металл, который поддается ковке, то есть легко обрабаты­вается. Вдобавок никель — один из наиболее на­магничивающихся металлов в ненагретом состоя­нии.

Мы редко видим чистый никель, за исключе­нием тех случаев, когда он используется для по­крытия других металлов. Это называется никеле­вым покрытием. Оно защищает металлы от ржав­чины и потери блеска, увеличивает их износо­стойкость.

Большая часть производимого никеля исполь­зуется в сплавах. Например, в сплаве с медью он используется для изготовления монет. Поэтому пятицентовая монетка США называется «нике­лем». В сплаве с тремя частями меди и одной — цинка никель образует светло-серебристый ме­талл, известный под названием «нейзильбер», ко­торый используется для изготовления столовых приборов и в качестве основы для посеребренных предметов.

Но таким образом используется сравнительно небольшая часть никеля. В основном он идет на изготовление сплавов со сталью, которые могут выдерживать постоянные нагрузки. Эти сплавы находят применение в строительстве мостов, же­лезных дорог, при изготовлении заклепок, котлов для локомотивов, автомобильных коробок пере­дач и осей, зубьев для ковшей экскаваторов.

Человек открыл медь раньше всех прочих ме­таллов за исключением золота. Еще в доистори­ческие времена медь использовалась людьми ка­менного века.

Медь обнаруживают в довольно чистом состо­янии — в самородках и крупинках металла без примесей. Возможно, впервые человек поднял с земли эти самородки потому, что они были кра­сивыми. Затем человек сделал великое открытие, выяснив, что этим странным красноватым камеш­кам можно придать любую форму. Это был более простой метод изготовления оружия и ножей, чем обкалывание кремней.

Прошло много времени, и уже другие люди выяснили, что они могут расплавлять красные камни и изготовлять из расплавленной массы чашки и кувшины. Тогда люди начали добывать медь и делать из нее всевозможные приспособле­ния и утварь.

В течение тысяч лет медь оставалась единст­венным пригодным для обработки металлом, по­скольку золото было не только слишком редким, чтобы принимать его во внимание, но и слишком мягким для практических целей. Медные инстру­менты использовались, возможно, еще при строи­тельстве великих египетских пирамид.

Когда была открыта бронза (сплав меди и оло­ва), стали добывать еще больше меди. Но после открытия железа медь стала использоваться в не­больших количествах, в основном народами на низкой ступени цивилизации, пока не наступила эпоха электричества. Поскольку медь — хороший проводник электричества, она широко использу­ется в современной промышленности.

Очень немногие видели чистую медь и вряд ли узнают ее, если увидят. Это блестящее серебри­стое вещество с легким розоватым оттенком, ко­торое приобретает красноватый цвет по мере со­прикосновения с воздухом. Медь, которую мы обычно видим, имеет красновато-коричневый цвет. Это цвет окиси меди, которая образуется в результате взаимодействия металла с воздухом.

Большая часть меди, имеющейся в мире, су­ществует в сочетании с другими веществами, от которых она должна быть отделена перед исполь­зованием. Часто она соседствует с сернистыми ве­ществами, которые могут сочетаться еще и с же­лезом и мышьяком, что затрудняет очищение ме­ди.

Медь имеет и некоторые другие достоинства, не считая того, что она пережила многие другие металлы. Она имеет высокую прочность, но тем не менее достаточно пластична, чтобы ее можно было вытягивать и придавать ей любую форму за счет обработки. Она проводит тепло не хуже, чем электричество. По меди можно делать резьбу и гравировку. Но ее непросто сломать. Кроме того, из нее можно создавать такие сплавы, как бронза и латунь, соединяя ее с другими металлами.

Если вы старатель и ищете золото, то для вас ответ на этот вопрос настолько же важен, на­сколько велика разница между огромным богатст­вом и безмерной бедностью. Многие старатели натыкались на то, что принимали за золото, толь­ко для того, чтобы после проведения анализа вы­яснить, что их надежда на богатство испарилась, как дым.

То, что известно под названием «золото для дураков», на самом деле — железистый пирит. Поскольку этот желтый минерал еще и ослепи­тельно блестит, его легко можно принять за вкрапления самородного золота в горной породе.

Другой причиной для ошибок служит то, что золото часто обнаруживают в тех же местах, что и железистый пирит. Самородное золото часто находят в кварцевых прожилках или в массивах железистого пирита. Вода и ветер уносят кварц и пирит, а золото выветривается из скальных по­род. Это означает, что камень вокруг золотых са­мородков вымывается, оставляя самородки почти чистого золота.

Самородки смывает водой на дно долин, и они перемешиваются с песком и щебнем. В таком ви­де золото называется аллювиальным, или рассып­ным. Первое золото, найденное человеком, было рассыпным.

Но золото часто находят и в рудах других ме­таллов. Серебряная руда почти всегда содержит некоторое количество золота. Часто золото встре­чается и в медной руде. Золото содержится даже в морской воде! Его содержание, правда, настолько мало по сравнению с общим объемом воды, что никто не в состоянии добыть золото из мор­ской воды. Тем не менее океаны настолько ог­ромны, что общее количество содержащегося в них золота оценивается в 9 070 000 000 тонн. Химикам будущего предстоит решить очень инте­ресную задачу — добыть золото из морской воды.

Единственное отличие промышленного алмаза от любого другого состоит в том, что он имеет более низкое качество. Если алмаз имеет безуко­ризненное качество, красивый, без единого пят­нышка, цвет, то он, конечно, будет использован в ювелирном деле, где за него дадут более высокую

цену.

Может показаться неожиданностью то, что та­кая ценность, как алмаз, вообще используется в промышленности, но алмаз называют «королем промышленности»!

Греки называли алмаз «адамас», что означало «непобедимый». Алмаз действительно непобедим, поскольку ничто в мире не может его распи­лить — кроме другого алмаза!

Поэтому три четверти всех добываемых алма­зов вообще не попадают к ювелирам. Они ис­пользуются в промышленности. И используются они по причине своей чрезвычайной твердости. Например, около 20 процентов алмазов идут на головки буровых установок, которые используют­ся для бурения скальных пород.

Алмазы измельчаются в порошок, и этот ал­мазный порошок используется для шлифовальных кругов, на которых обрабатываются алмазы. Не­которые алмазы используются при металлообра­ботке. Без алмазов не смогли бы работать некото­рые из наиболее важных отраслей промышленно­сти.

Насколько можно судить по источникам, пер­вые люди, занимавшиеся поисками алмазов, появились в Индии. Добыча алмазов началась там более 2500 лет тому назад!

Алмазы высоко ценились с самого начала. До пятнадцатого века они все еще были такой редко­стью, что ими могли владеть только короли и коро­левы.

И только в 1430 году появился обычай носить бриллианты в качестве украшения. Первой это сде­лала придворная дама из Франции Агнес Сорель, и отсюда мода распространилась по всей Европе. Результатом этого стала лихорадочная добыча ал­мазов в Индии, продолжавшаяся более 300 лет.

В конце концов этот источник иссяк, но, к счастью, алмазы были найдены в другой части света — в Бразилии, в 1725 году. Джунгли и тро­пический климат очень затрудняли работу, но тем не менее свыше 160 лет Бразилия была основным источником алмазов в мире.

В настоящее время центром добычи алмазов является Южная Африка, где крупные залежи ал­мазов были найдены случайно в 1867 году. Маль­чик из бедной фермерской семьи нашел красивый камешек, который купил хитрый сосед, сразу же узнавший драгоценный алмаз. Когда он в свою очередь продал его, на это место съехались стара­тели всех возрастов и национальностей.

В течение года здесь были обнаружены три крупных алмазных месторождения, и появился го­род Кимберли, центр огромной алмазной империи.

Почему алмазы так высоко ценятся? Конечно, алмазы — редкость, а все, что редко, имеет высо­кую стоимость. Но одного того, что это редкость, недостаточно. Вещь также должна быть очень при­влекательна, а алмазы действительно прекрасны.

По способности отражать свет ничто в мире не может сравниться с алмазом. Алмаз также являет­ся и самым твердым из известных веществ. Это воплощение красоты, которое может оставаться неизменным в течение тысячелетий, стало симво­лом непреходящей любви и верности.

В своем исходном виде алмазы некрасивы. Они должны быть обработаны, чтобы стать краси­выми. В природе попадаются алмазы самых раз­ных размеров и форм, и внешне они поначалу выглядят довольно невзрачно. Опытный огранщик должен тщательно изучить каждый камешек и оп­ределить, как лучше всего выявить его красоту. Иногда алмаз распиливается быстро вращающим­ся диском, покрытым алмазной пылью. Только алмазная пыль может быть использована для шлифовки другого алмаза.

Большинство алмазов распиливается на две части, каждая половина огранивается, и ей прида­ется округлая форма. Алмаз в таком виде называ­ется бриллиантом. Ограниваются алмазы на высо­коскоростном цельнометаллическом круге, по­крытом алмазной пылью и маслом.

Грани располагаются симметрично, и у обыч­ного бриллианта их 58. Чем больше граней, тем больше переливается бриллиант. Огранщики ал­мазов изобрели целый ряд видов огранки: кабо­шон, багет, маркиза и т.д.

Алмазы, использующиеся в ювелирном деле, могут значительно отличаться цветом и качеством. Некоторые цвета встречаются реже других. Наибо­лее ценными являются алмазы с красным или голу­бым оттенком, а также прозрачные и бесцветные.

Природа — замечательный пекарь. Глубоко под землей находится ее печь, нагретая тысячи лет тому назад огромными поднимающимися мас­сами расплавленной горной породы. В этой печи она нагревала и за счет чудовищного давления превращала известняк в твердый мрамор.

Самый чистый мрамор имеет белый цвет. Раз­личные примеси часто придают ему оттенки розо­вого, красного, желтого или коричневого цвета или образуют в нем волнистые линии или пятна. Кристаллы различных цветов, попавшие в мра­мор, искрятся и сверкают в солнечных лучах. В некоторых кусках мрамора остатки окаменелостей придают ему дополнительную прелесть.

Мрамором иногда называют и другие камни, подвергающиеся полировке и использующиеся в строительстве, — например, гранит, оникс и пор­фир. Однако настоящим мрамором является изве­стняк, перешедший в кристаллическое состояние в ходе природных процессов.

Чтобы добыть мрамор, специальная машина прорезает в каменном массиве серию каналов или щелей, которые могут достигать в глубину 2-3 метра, а в длину — 18-24 метра. Взрывами нельзя пользоваться, поскольку при этом мрамор может быть разрушен или покрыт трещинами. Затем блоки аккуратно извлекаются огромными кранами.

Для разрезания необработанного камня ис­пользуется большая пила без зубьев, на которую во время работы льется вода с песком. За счет трения стального лезвия и песка глыба довольно быстро разрезается на куски нужного размера. Иногда вместо жесткого лезвия используется про­волочная пила.

Затем куски мрамора помещаются на шлифо­вальную установку круглой формы, где закрепля­ются неподвижно. Песок с водой текут по враща­ющейся поверхности установки, выравнивая по­верхность мрамора. Затем, чтобы сделать поверх­ность гладкой, мрамор шлифуется дополнительно.

Окончательная полировка производится смесью окиси олова и щавелевой кислоты, кото­рая наносится на поверхность мрамора с по­мощью полировального круга.