Химия. Узнавай химию, читая классику. С комментарием химика - Елена Стрельникова

В пещерах иногда скапливается ядовитый сероводород, который может поступать из минеральных сероводородных вод, протекающих через пещеру, или выбрасываться в результате вулканической деятельности. Были случаи гибели спелеологов, оказавшихся в подземных полостях, заполненных сероводородом. Так или иначе, но предосторожность Эдмона Дантеса была не лишней, и он правильно сделал, что дал второй пещере проветриться, прежде чем в нее полез.

Откуда взялось железо, которым окован сундук?

Действительно, в природе нет приисков, на которых, подобно золоту и платине, можно добывать самородное железо. Если только найти и переплавить железный метеорит. Древнейшие железные изделия, датирующиеся V–IV тыс. до н. э., сделаны именно из метеоритного железа. Это установили по составу материала: метеоритное железо содержит никель, обычно 7–8 %. Понятно, что такой металл должен быть очень дорог и годится для изготовления предметов роскоши, а не для оковки сундуков. Так и было до тех пор, пока человек не научился получать железо из его природных соединений – железных руд.

По распространенности в земной коре железо занимает четвертое место после кислорода, кремния и алюминия. Его руды широко распространены в природе. С древних времен железо восстанавливали из руд древесным углем. Этот процесс был известен за полторы тысячи лет до нашей эры. Его называют сыродутным процессом, потому что для протекания его печь продували не подогретым, а холодным («сырым») воздухом.

В результате получался кусок пористого железа, загрязненного примесями шлака и угля (крица).

Кричное железо содержало в среднем не более 0,3 % примесей углерода, было мягким и пластичным. Слишком мягким для режущих орудий. При повышении содержания углерода свыше 0,3 % и вплоть до 2,14 % получается сплав, который называется сталью и обладает большей твердостью.

Впоследствии вместо ям стали сооружать сыродутные горны из огнеупорной глины. Их производительность увеличивали за счет увеличения высоты и усиления дутья. Так появились печи, которые в Европе использовали с конца XIII в. Топливо в этих печах сгорало быстрее, и температура была выше, чем в сыродутных горнах. Часть восстановленного железа насыщалась углеродом и получался сплав, содержащий более 2,14 % углерода (чугун). Он плавится при температуре от 1150 °C (чем выше содержание углерода, тем ниже температура плавления). Продукцией печи становился, помимо губчатой крицы, расплав науглероженного железа. Англичане назвали его pig iron («свинское железо»): очистить полученную после застывания массу от шлака ковкой не удавалось. Твердый, но хрупкий чугун раскалывался. Поэтому он считался отходом и выбрасывался на свалку. Дальнейшее совершенствование печей привело к увеличению выхода чугуна до 30 %, и выбрасывать его уже стало накладно. Оказалось, что из жидкого чугуна можно отливать пушечные ядра, наковальни, а затем дело дошло и до чугунных пушек. А с XIV в. европейские металлурги постепенно перешли на двухступенчатый процесс: сначала в доменной печи выплавляли чугун, а затем в горне выжигали из него примеси, получая крицу.

В XV в., когда на острове Монте-Кристо были спрятаны сокровища, ковкое железо получали в ходе кричного передела чугуна. Им и был окован сундук.

Что нашел Эдмон Дантес в сундуке?

Золото оно и есть золото. А среди драгоценностей перечислены алмазы, жемчуг и рубины. Алмаз – это аллотропная модификация углерода, как и графит. Но графит очень мягкий, а алмаз – самый твердый из минералов. Как и в случае красного и белого фосфора, на свойства веществ влияет не только состав (оба состоят из атомов углерода), но и строение. В кристалле алмаза каждый атом углерода связан прочными химическими связями с четырьмя соседними атомами. Связи эти разрушить трудно, вот отчего алмаз такой твердый. А в кристалле графита прочные химические связи образуются между атомами, лежащими в одной плоскости. Их трудно разрушить, но графит состоит из таких углеродных плоскостей, уложенных послойно. И уже между слоями химических связей нет. Их можно без особых усилий отделить друг от друга. Вот почему графит оставляет след, если провести им по какой-нибудь поверхности.

Жемчуг вырабатывается моллюсками-жемчужницами. Как и многие морские и речные обитатели, они строят раковину из мелких кристалликов карбоната кальция в форме минералов кальцита или арагонита, скрепленных белком. Раковины морских жемчужниц на 95 % состоят из карбоната кальция, остальное – белок конхиолин. Перламутровый блеск внутренней поверхности раковины создают мелкие пластинчатые кристаллики карбоната кальция. Жемчуг вырабатывается теми же самыми клетками, что вырабатывают перламутровый слой раковины, только имеет иную форму. Он, как и перламутр, состоит из кристалликов кальцита или арагонита, скрепленных органическим веществом конхиолином. Возникают жемчужины в результате повреждения, нанесенного мантии жемчужницы. Жемчуг содержит до 95 % карбоната кальция. Понятно, почему царице Клеопатре удалось растворить жемчужину в уксусе. Полностью, впрочем, раствориться она не могла, потому что белок в уксусе не растворяется.

Рубин – это драгоценная разновидность корунда, второго по твердости минерала после алмаза. Корунд – это природный оксид алюминия. Он бесцветен, а цвет рубина обусловлен примесями хрома. Впрочем, Эдмон Дантес мог не опасаться подделок: крупные синтетические рубины весом 20–30 карат начали выращивать с 1902 г.

Уже зажжена вагранка, потрескивая, горят в ней сосновые щепки, и легкий запах дыма разносится по мастерской. Но дым не страшен: в углу большой комнаты проломлен потолок, видно вверху чистое синее небо, косой луч солнца падает сквозь эту дыру на песчаный пол литейной, на красноватую кучку гатчинского песка под стеной.

Как празднично и чисто сегодня у нас! Все лишние вещи, инструменты, листы с закопченными песчаными стержнями – шишками – все это убрано и лежит на столах в соседнем складе. Здесь, в большом зале бывшего казначейства, около вагранки, на песчаном полу выстроилось несколько рядов свеженьких деревянных рамок, положенных одна на другую и туго набитых песком. Сверху эти ящики-опоки выглядят одинаково – ровно на уровне деревянных стенок собран песок, круглые черные воронки идут в глубь каждой формы.

Рядами стоят на песчаном полу маленькие ящики, распластались между ними большие квадратные, разделенные решетчатыми перегородками опоки. В них заформованы маховики. Тяжелые они, эти большие с маховиками: сколько труда ушло на то, чтобы подымать да опускать их под начальством нашего инструктора Жоры Козакевича.

Сегодня у нас в мастерской первая отливка. Недаром Жора надел новый брезентовый костюм. Он осторожно расхаживает между рядами опок, проверяет, всюду ли есть душники для выхода газов, то и дело поглядывает, не потух ли огонь в топке вагранки. Но огонь не потух, видно сквозь раскрытую дверцу, как, свиваясь и исчезая, горят белые стружки, как язычки огня пробегают вверх к тонко наколотым лучинкам из сосны. Поверх лучинок положены дрова. Как только огонь запылает в полную силу, можно будет закрыть наглухо поддувало, замуровать боковую дверцу и пустить дутье.