2 июля 2019 г. | Автор: Аркадий Курамшин
Скромные работяги: История цинка и свинца

Мы знаем, что металлам присущ блеск. Однако их значимость не определяется способностью блестеть. Некоторые тусклые, невзрачные металлы сопровождают человечество на протяжении всей его истории и сделали для развития технологий больше, чем золото или платина. К таким неказис­тым, но исключительно важным металлам можно отнести цинк и свинец.

Эта статья была опубликована в журнале OYLA №1(41). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.

Зубчатый металл

Он защищает сталь от ржавчины, заживляет солнечные ожоги и даже борется с перхотью. Но мы редко обращаем внимание на этот тускло-серый металл. Речь о цинке.

Макрофотография металлического цинка

Слово «цинк» впервые встречается в трудах знаменитого швейцарского алхимика Парацельса (1493–1541). Предположительно, название металла произошло от немецкого слова Zinke, означающего «зубец». Мелкие кристаллы металлического цинка действительно похожи на иглы. Однако сплавы цинка были известны задолго до Парацельса. Ещё римляне наряду с бронзой, сплавом меди и олова, активно использовали латунь — сплав меди и цинка. Вплоть до XVII века люди не знали, что цинк представляет собой отдельный элемент.

Сестерций из латуни. Древний Рим, ІІ век до н. э.

Есть косвенные доказательства, что металлический цинк использовался на территории современной Индии ещё в XII веке. Однако первым заявил об извлечении этого металла из окиси фламандский алхимик Респур — в 1668 году. А соответствующий патент получил в 1738-м британский металлург Уильям Чемпион.

И всё-таки славу первооткрывателя цинка обычно приписывают немецкому химику Андреасу Маргграфу, который в 1746 году описал более эффективный, чем в патенте, способ получения металлического цинка и описал его свойства.

Несмотря на запутанную историю открытия, в пользе этого элемента никто не сомневается. Например, соединение цинка, точнее, его оксид (ZnO) помогает справиться с последствиями солнечного ожога.

При нанесении на поражённый участок кожи он снимает воспаление и защищает ткани от внешних раздражителей. Оксид цинка, известный также как китайские белила, поглощает ультрафиолет, так что противоожоговые средства с этим веществом не только заживляют кожу, но и экранируют её от дополнительного ультрафиолета.

Персидский кувшин, сделанный из латуни — сплава меди и цинка, VІІ век

Оксид цинка входит в состав замедлителей горения и продуктов питания, клеевых композиций и резин. Цинк добавляют в хлопья и мюсли по двум причинам. Во-первых, так они становятся более плотными и не разваливаются при набухании в молоке или йогурте. Во-вторых, цинк — это важный для организма микроэлемент. Рекомендуемая суточная норма — 11 мг для мужчин и 8 для женщин. Соединения этого вещества входят в состав шампуней от перхоти, а хлорид цинка добавляют в дезодоранты. Так что даже невзрачный цинк в ряде случаев вполне может быть звездой. Кстати, в латунных звёздах шерифов тоже, естественно, есть цинк.

Блестящее покрытие

Цинкование металлических конструкций в цинковой ванне

Ну а самым масштабным применением цинка является, пожалуй, оцинковка — процесс получения блестящего материала для крыш, водосточных труб и вёдер. В настоящее время в промышленности используется в основном цинкование методом погружения. Сталь или железо помещают в ванну с цинком, нагретым до 460 ­°С, что на 40 градусов выше температуры его плавления. При цинковании деталей особо сложной формы покрытие наносят электрохимическими методами. Такое покрытие не только защищает железо от коррозии, но продолжает работать даже при механическом повреждении. Более активный цинк отдаёт железу электроны, не позволяя ему окисляться, — это предотвращает появление ржавчины.

Другой популярный способ защиты от коррозии — лужение (покрытие оловом). Интересно, что при малейшем повреждении верхнего слоя олово, наоборот, начинает способствовать разрушению железа. Дело в том, что более активное железо отдаёт олову электроны и окисляется, пытаясь сохранить защитный слой.

Способность активного цинка отдавать электроны менее активному партнёру используется не только в технологиях антикоррозионной защиты. Известны источники тока, в которых из цинка изготовлен анод — заряженный положительно электрод.

Внешне латунь бывает так похожа на золото, что, например, потерявший на дуэли часть носа астроном Тихо Браге носил латунную накладку-протез, выдавая её за золотую

Как бы скромно ни выглядел сам цинк, его сплав с медью — латунь — имеет ярко-золотистый цвет. Латунные дверные ручки и сантехнические устройства можно увидеть во многих домах. Именно латунь придаёт блеск трубам духовых оркестров. Да, хоть мы и называем валторны, трубы и тромбоны «медными духовыми инструментами», делаются они не из меди, а из латуни.

​Металл Сатурна

Свинец — ещё один тусклый и податливый металл, один из семи, известных людям с доисторических времён, и первый, который наши предки научились выплавлять. Почему? Свинец широко распространён, легко добывается, обрабатывается и при этом очень ковкий. Бусины из свинца, датируемые 6400 годом до н. э., были найдены в неолитическом поселении Чатал-Хююк. Самым древним предметом, сделанным из свинца, считается хранящаяся в Британском музее статуэтка женщины в длинной юбке времён I династии Египта, датируемая 3100–2900 годами до н. э. В Древнем Египте в ходу были медальоны из свинца. Долгое время его не отличали от олова и сурьмы, считая все эти вещества разновидностями одного металла.

Но уже в Античности отношение к свинцу изменилось. Его небесным покровителем была планета Сатурн, названная в честь бога, который, боясь потерять власть, поедал собственных детей.

Свинцовая скульптура, покрытая золотом, XVII век

Ацетат свинца (свинцовый сахар) применялся римскими виноделами для консервации и улучшения вкуса вина; оксиды и карбонат свинца использовались в косметике. Нельзя сказать, что все без исключения римляне доверяли свинцу. Врач Авл Корнелий Цельс предупреждал об опасности, которую несут свинцовые белила, а инженер Марк Витрувий Поллион предлагал заменить свинцовые трубы на глиняные. Но современники остались глухи к предостережениям учёных и продолжали использовать свинец.

Для алхимиков Средневековья свинец был низшим металлом: они верили, что, лёжа в земле, свинец дозревает до остальных металлов, в том числе до серебра с золотом. Пытаясь довести свинец до состояния золота в лабораторных условиях, алхимики в придачу к давно известным свинцовым белилам получили жёлтый глёт и красный сурик — все эти вещества использовались в живописи. Свинцовый сурик, например, вплоть до XVI века оставался единственным доступным художникам красным пигментом. И хотя попытки трансмутировать свинец в золото были обречены на провал, изыскания алхимиков стали первыми систематическими исследованиями свойств и превращений химических веществ.

В ХХ веке работы в области ядерной химии показали, что свинец представляет собой конечный продукт распада многих радиоактивных элементов, а не исходное звено в несуществующей цепи металлов.

​Токсичный металл

В отличие от цинка, свинец токсичен. Причём в равной степени опасны как растворимые соединения свинца и его пары, так и органические производные. При работе с этим металлом нужно строго соблюдать меры безопасности, вплоть до максимальной изоляции от прямого контакта. Тем не менее лёгкость получения и податливость металлического свинца обеспечили ему достойное место в истории цивилизации. В древности самым активным производителем и потребителем свинца была Римская империя, инженеры которой строили акведуки и сис­темы городского водоснабжения, используя свинцовые трубы. В английском языке слово «водопроводчик» — plumber — восходит к латинскому названию свинца (Plumbum, как в таблице Менделеева).

Свинцовые белила использовались в живописи и для отделочных работ вплоть до XIX века, но в итоге были заменены цинковыми. До появления первого в мире законодательного акта, который упорядочил применение химических веществ в пищевой продукции — американского Акта о чистой пище и лекарствах 1906 года, — производные свинца использовались даже как красители для леденцов.

Металлоорганическое соединение свинца — тетраэтилсвинец — долгое время применялось для увеличения октанового числа бензина. Однако в 1986 году эта практика была запрещена в США, в 2002‑м — в России. Сейчас тетраэтилсвинец разрешён только в Северной Корее, Афганистане и Палестине.

Королева Англии Елизавета I часто изображается с отбелённым лицом. Свинец в составе отбеливателей, как полагают, стал причиной её смерти.

Законодательные запреты на добавление в топливо тетраэтилсвинца, принятые в начале 2000‑х годов на постсоветском пространстве, во многом закрепляли уже сложившуюся практику. С 1990‑х годов автопарк бывших республик СССР пополнялся преимущественно иномарками, двигательная система которых уже не была приспособлена для использования этилированного, то есть содержащего тетраэтилсвинец, бензина.

В настоящее время свинец применяется главным образом в производстве автомобильных аккумуляторов, оболочки электрических кабелей, экранов для защиты от рентгеновского излучения, а также в различных сплавах. Оксид свинца — обязательный элемент хрусталя. При этом в ряде отраслей промышленности от свинца стараются избавиться. Например, в Евросоюзе с 2006 года запрещено использовать свинец в электронике; ведутся поиски материала, способного заменить этот металл в охотничьих и боевых патронах.

Казахстан занимает пятое место в мире по запасам цинка и свинца. Крупнейшим в стране производителем этих металлов является компания «Казцинк».