CALII

Так как характерные его показатели нечетны: порядковый номер, то есть число электронов, из которых слагается электронная оболочка,— 19, атомный вес — 39. Он образует прочные связи лишь с одним атомом галоида, например хлора; как мы говорим, его валентность равна единице. Как нечетный элемент калий вместе с тем характеризуется значительной величиной своих заряженных частиц шарообразной формы, а это, вместе с его нечетностью, вызывает постоянное стремление к странствова­нию, особую подвижность его заряженных электрических клубков.

Неудивительно поэтому, что вся история калия в земле свя­зана, так же как и судьба его друга натрия, с исключительной подвижностью и сложными превращениями. Свыше ста мине­ралов образует он в земной коре и входит в небольшом количе­стве в состав еще сотни других минеральных видов. Его среднее содержание в земной коре приближается к 2,5%. Это цифра большая, и она показывает, что калий вместе с натрием и каль­цием принадлежит к элементам, преобладающим в окружающей иас природе.

В сложном геологическом прошлом нашей планеты история калия очень интересна. Она изучена детально, и мы можем сей­час нарисовать все те пути, которые проходят атомы калия, пока они снова не вернутся к началу своих странствований, завершив свой сложный жизненный круговорот.

Когда застывают в глубинах расплавленные магмы и отдельные элементы распределяются в них по своей подвижности, своей способности к странствованию, к образованию летучих газов или подвижных легкосплавных частиц,— калий принадле­жит к последним. Он не выпадает в тех первых кристаллах, которые раньше других образуются в глубинах нашей Земли; мы почти не встречаем его в зеленых оливиновых глубинных породах, из которых сложены сплошные пояса земных недр. Даже в базальтовых массах, которые подстилают океаны, калия мы встречаем не больше чем 0,3%.

В ходе сложной кристаллизации расплавленных магм в верх­них их частях накапливаются более подвижные атомы Земли; здесь больше мелких, сильно заряженных ионов кремния и алю­миния; здесь много нечетных атомов калия и натрия и летучих соединений воды. Из этих расплавленных остатков образуются те горные породы, которые мы называем гранитами. Они покры­вают громадные участки земной поверхности, представляя собой плавающие на базальтах материки.

Граиты застывают в глубинах земной коры, и калий на­капливается в них в количестве почти 2%, входя главным обра­зом в состав минерала, который мы называем полевым шпа­том — ортоклазом. Калий входит также в состав хорошо нам из­вестных слюд, черных и белых; в иных местах он накапливается в еще большем количестве, образуя крупные кристаллы белого минерала — лейцита, которого особенно много в богатых калием лавах Италии, где он и добывается для получения калия и алю­миния.




Таким образом, колыбелью атомов калия на Земле являются граниты и кислые лавы изверженных горных пород.

Мы знаем, как на поверхности Земли они разрушаются во­дой, воздухом, той угольной кислотой, которой насыщены атмо­сфера и вода, как внедряются в них корни растений, разъедая отдельные минералы выделяемыми ими кислотами.

Тем, кто бывал в окрестностях Ленинграда, приходилось ви­деть, как дегко разрушаются граниты на выходах и в валунах, как выветриваются их минералы, тускнеет порода, и чистые кварцевые пески в виде дюн накапливаются как остатки от не­когда мощных гранитных массивов. Разрушается при этом и полевой шпат. Вода и углекислота земной поверхности извле­кают из него атомы натрия и калия, оставляя своеобразный ске­лет листоватого минерала и образуя сложные, породы, которые мы называем глиной.

С этого момента начинаются новые пути странствования на­ших двух друзей — калия и натрия. Впрочем, они друзья только до этого момента, ибо после разрушения гранита у каждого из них начинается своя собственная жизнь. Натрий легко вымы­вается водами; его ионы не задерживаются среди образовавших­ся глинистых осадков. Они выносятся ручьями и реками в большие моря и там образуют тот хлористый натрий, который мы называем поваренной солью и который является главным ис­ходным сырьем нашей химической промышленности.

Но судьба калия иная. В морских водах мы находим его лишь в небольших количествах. В самих породах натрия и калия со­держится примерно одно и то же число атомов, но из тысячи атомов калия только два доходят до морских бассейнов, а 998 остаются поглощенными в почвенном покрове, в илах, в осадках морских бассейнов, болот и рек. Почва поглощает калий, и в этом ее чудодейственная сила.

Известный русский почвовед академик К. К. Гедройц. пер­вый разгадал геохимическую природу почвы. Он нашел в ней те частицы, которые задерживают различные металлы, в осо­бенности калий, и доказал, что плодородие почвы во многом за­висит от атомов калия, которые связаны в ней так легко и так свободно, что каждая клетка растения может эти атомы погло­щать и использовать для своей жизни. И вот, поглощая эти пло­хо закрепленные, как бы свободно висящие на ниточках атомы калия, растение создает свои ростки.

Исследования показали, что калий вместе с натрием и каль­цием легко извлекаются корнями растений.

Вез калия растение жить не может. Мы еще не знаем точ­но, почему это так и какую роль играет калий в растительном организме, но опыты показали, что без калия растения вянут и гибнут.

Впрочем, не только растениям необходим калий,— он вхо­дит как существенная часть также и в животные организмы. Так, например, в мышцах человека калий преобладает над нат­рием. Особенно много калия в мозгу, печени, в сердце и почках. Можно отметить, что калий особенно важен в период роста и развития организма. У взрослого человека потребность в калии значительно уменьшается.

Один из циклов своей миграции калий начинает из почвы. Он извлекается из нее корнями растений, накапливается в их отмерших остатках, переходит частично в организм животного или человека и с перегноем вновь возвращается в почву, из которой его извлекла живая клетка.

Большая часть калия проходит именно этот путь, но отдель­ным атомам удается достигнуть больших океанов и вместе с другими солями обусловить соленость морской воды, хотя в ней все же атомов натрия в сорок раз больше, чем калия.

Здесь начинается второй цикл странствования атомов калия.

Когда большие области океанов начинают высыхать под вли­янием движений земной коры, от них отделяются или мелко­водные моря, или отдельные озера, лиманы, лагуны, заливы,— образуются соляные озера вроде Сакского озера или озер у  Евпатории на побережье Черного моря. В жаркие летние ме­сяцы испарение воды оказывается настолько сильным, что соль из воды выпадает, выбрасывается волнами на берег и иногда накапливается на дне совершенно высохших озер в виде свер­кающей белой пелены. При этом разные соли выпадают в опре­деленной последовательности: сначала на дне кристаллизуется углекислый кальций, йодом гипс (сернокислый кальций), за­тем хлористый натрий, то есть поваренная соль. В бассейне остается необычайно насыщенный солями рассол, который у нас на юге называется «рапой» и в котором содержатся десят­ки процентов различных солей и особенно солей калия и магния.                                               Оказывается, что калий еще более подвижен, чем натрий;  проявляются свойства его больших шаровых атомов, и он продолжает свои странствования, пока еще более горячее дыхание солнца до конца не выпарит чаши озер и пока на поверхности соляных месторождений не выпадут белые и красные калиевые соли,— так образуются калиевые месторождения.

В земной коре возникают иногда крупнейшие скопления ка­лиевых солей, которые так нужны человеку для промышлен­ности. Здесь уже не таинственные силы почвы, не растения определяют пути калия, не солнце южных стран накапливает его на берегах соляных озер,— здесь в промышленности сам человек является агентом нового, громадного цикла странство­вания его атомов.

Около ста лет тому назад один из крупнейших химиков — Юстус Либих, — наблюдая роль калия и фосфора в растениях, сказал крылатые слова: «Без этих двух элементов не может быть плодородия наших полей». Ему пришла тогда в голову фантастическая для тех времен мысль, что нужно удобрять поля, нужно искусственно вносить в них разные соли,— калий, азот, фосфор,— рассчитав, сколько их нужно для того, чтобы растение могло их использовать.

Его идея была встречена с недоверием специалистами сель­ского хозяйства 40—50-х годов прошлого столетия; она казалась «затеей ученого», тем более, что калиевая селитра, привозив­шаяся на парусных судах из Южной Америки, которую он пред­лагал использовать для удобрения, была чрезмерно дорога и не находила себе сбыта. Источники фосфора не были известны, а предлагавшийся Либихом размол костей давал слишком доро­гие удобрения. Не знали, как использовать и калий, и только изредка, собирая золу растений, рассеивали ее по полям. У нас на Украине издавна сжигали остатки стеблей кукурузы, и по­лученную золу рассеивали по полям, дойдя собственным .умом, без помощи науки, до мысли о значении этой золы для урожаев.

С тех пор прошло много лет, и вопросы удобрения превра­тились в одну из важнейших задач всех стран мира; плодородие почв в значительной степени стало зависеть от того, сумеет ли человек внести в них достаточное количество тех веществ, ко­торые растения извлекли из почвы и которые человек увез с по­лей в виде зерна, соломы и плодов. И оказалось, что сейчас калий сделался одним из самых нужных элементов мирного труда и сельского хозяйства.

Достаточно оказать, что такие страны, как Голландия, рас­ходовали в 1940 г. на гектар до 42 т окиси калия. Правда, в дру­гих странах эта цифра значительно меньше; в Америке вносят всего около четырех тонн на гектар.

Крупные агрохимики говорят, что мы в пашей стране долж­ны рассеивать па полях не менее одного миллиона тонн окиси калия в год.

И перед человечеством встала задача — найти крупные ме­сторождения калиевых солей, научиться их добывать и приго­товлять из них удобрения. ‘

Долгое время всей калиевой промышленностью мира вла­дела Германия. В горах Гарца, на его восточных склонах, были открыты месторождения знаменитых стасфуртских солей; из северной Германии соли калия развозили по всем странам сотни тысяч поездов.

С этим не могли мириться те государства, для которых сельское хозяйство являлось жизненным нервом страны.

Много лет, много сил и энер­гии потратила Северная Аме­рика, пока она открыла у се­бя небольшое калиевое место­рождение; некоторого успеха добились французы, открыв в долине Рейна калиевые зале­жи; пока шли поиски калия, стали использовать калиевые минералы из изверженных пород Италии. Но все это бы­ло ничтожно по сравнению с тем количеством, которое требовалось для истощенных почв.

Много лет русские иссле­дователи стремились найти на территории нашей страны месторождения калия. Отдельные догадки не давали результатов, пока упорный труд целой шко­лы молодых химиков под руководством академика Н- С. Курнакова не привел к открытию самых грандиозных в мире место­рождений калия. Находка произошла случайно, но случайность в научной работе обычно все же связана с долгим подготови­тельным трудом, а «случайное открытие» почти всегда является просто последним шагом в долгой борьбе за определенную мысль, наградой за упорные, долгие поиски.

Так было и с открытием калия. Академик Курнаков изучал много десятков лет соляные озера нашей страны, и его мысль упорно искала, где в недрах земли можно найти остатки древних калиевых озер. Работая в химической лаборатории над составом соли старых соляных варниц Пермского края, Нико­лай Семенович Курнаков заметил в некоторых сдучаях повы­шенное содержание калия.

При посещении одной из варниц он обратил внимание на ма­ленький кусочек буровато-красного минерала, который ему напомнил красные калиевые соли — карналлиты германских ме­сторождений. Правда, работники на самой варнице не были уве­рены, откуда был получен этот кусочек, не является ли он образцом из той коллекции солей, которая ими была получена из Германии. Но академик Курнаков взял этот кусочек, положил его в карман и поехал в Ленинград. Там он подверг его анали­зу, и, к общему удивлению, этот кусочек оказался хлористой солью калия.

Первая находка была сделана, но этого еще мало,— надо было доказать, что этот калий добыт из глубин Соликамско­го края и что там находятся большие залежи. Надо было заложить буровую скважину, надо было в трудных усло­виях двадцатых годов достать из глубины соль и изучить ее состав.

За это взялся один из крупнейших геологов Геологического комитета П. И. Преображенский. Он указал на необходимость закладки глубоких скважин, и вскоре эти скважины вошли в мощные слои калиевых солей, открыв новую эру в истории ка­лия на всей земной поверхности.

Сейчас, когда прошло несколько десятков лет с момента этого исторического открытия, совершенно изменилась картина рас­пределения запасов калия среди всех стран мира. Если мы вы­разим этот запас в миллионах тонн окиси калия, то большая часть запасов падает на долю Советского Союза; на Германию придется только 2 500 миллионов тонн; на Испанию — 350 мил­лионов; на Францию — 285 миллионов и совсем немного — на Америку и другие страны. Однако далеко не все количество ка­лия разведано в калиевых месторождениях России.

Сейчас нам так представ­ляется это отдаленное про­шлое геологической истории нашей страны. Древнее перм­ское море охватывало весь восток Европейской части Союза. Море это было мелко­водной южной частью океана, заходившего к нам с севера. Отдельные его заливы, язы­ки, заходили под самый Ар­хангельск к Белому озеру и под Новгород. На востоке Границей моря служил Ураль­ский хребет, на юго-западе длинные рукава протягивались к Донецкому бассейну и к Харькову. На юго-востоке оно уходило далеко на юг, в область Прикаспия. Некоторые ученые полагали даже, что наше перм­ское море в начале своего существования сливалось и с тем ве­ликим океаном Тетис, который опоясывал землю в далекие вре­мена пермской эпохи. Этот большой океан постепенно мелел, образуя по берегам отдельные озера, а влажный климат сменял­ся ветрами и солнцем пустынь.

Молодые Уральские хребты разрушались мощными горячи­ми ветрами,— все сносилось к берегам умиравшего пермского моря. Море отходило на юг. На севере в озерах и лиманах на­капливались гипс, поваренная соль. А на юге все увеличивалось и увеличивалось содержание солей калия и магния. На юго-во­стоке накапливалась та рапа, которую получает искусственно человек в осадочных бассейнах, например на Сакском озере. Так постепенно образовывались отдельные неглубокие моря и озера, насыщенные остаточными солями калия и магния.

Стали накапливаться отложения калиевых солей. Начиная от Соликамска и вплоть до юго-восточной части Уральского хребта тянутся отдельные калиевые месторождения, скрываю­щиеся под покровом почвы. Всюду буровые скважины наталки­ваются на подземные мощные линзы поваренной соли, а в их верхах — и на соли калия.

Так благодаря маленькому кусочку буровато-красной соли, подмеченному зорким глазом ученого в лаборатории завода, была решена одна из самых грандиозных проблем — проблема калия. У нашей страны появилась возможность не только пол­ностью снабдить удобрениями поля и повысить их урожай­ность; — перед нами открылись грандиозные возможности создания новой, калиевой химической промышленности и полу­чения самых разнообразных солей калия, столь нужных для хи­мического производства. Это калиевые щелочи и соли азотной, хлорной и хромовой кислот; это самые разнообразные соедине­ния, которые все шире и шире входят в промышленность и на­родное хозяйство. Вместе с калием большие количества металла магния получаются в виде «отбросов»; из них путем электролиза выделяется сверкающий легкий металл, а сплав его, так называемый «электрон», открывает новые страницы в области строительства железных дорог и самолетов,

И осуществляется сейчас мечта агрохимиков нашей стра­ны — добывать в год столько тонн окиси калия, чтобы пол­ностью снабдить этим ценным веществом все наши поля и уве­личить их урожаи.

Так рисуется перед нами история калия в земле и в руках человека.

Но есть еще одна маленькая черта у этого элемента, на ко­торую следует обратить внимание. Любопытно то, что один из изотопов калия обладает свойствами радиоактивности, прав­да, в очень слабой степени, т. е. он оказывается неустойчивым,— сам по себе выделяет различные лучи и превращается в атомы другого вещества, которое при дальнейших группировках обра­зует атомы кальция.

Долгое время это явление оставалось недоказанным, но по­том оказалось, что действительно этот самый калий с атомным весом 40 играет большую роль в жизни Земли, так как при пре­вращении неустойчивых атомов калия в атомы кальция выде­ляется значительное количество тепла. Наши радиологи подсчи­тали, что по крайней мере 20% всего тепла, которое образуется в Земле под влиянием распада атомов, относится к соединениям калия, а отсюда и огромная роль распада атомов калия в теп­ловом хозяйстве нашей Земли.

Понятно, что биологи и физиологи попытались выяснить значение этих свойств в проблеме жизни самого растения и высказывали мысль, что чудодейственная и непонятная пока любовь растений к калию связана с тем, что атомы калия своими излучениями оказывают какое-то особое влияние на жизнь и рост клетки.

Много было сделано опытов в этом направлении, но до сих пор они не привели к каким-либо определенным результатам. По всей вероятности, роль этих разлагающихся атомов калия и их излучений весьма значительна и вызывает ряд особенно­стей в росте и развитии живой клетки и всего организма.

. Таковы странички из геохимии калия, этого нечетного, блуждающего химического элемента. Такова история его стран­ствования и круговорота на Земле.

О каждом химическом элементе можно рассказать такую же историю его странствований в недрах, на поверхности Земли, в промышленности, но для многих из них отдельные звенья истории ускользают пока от взоров исследователя; для многих можно написать лишь отдельные отрывки; и геохимику будущего предстоит задача — свести их в стройный, последователь­ный рассказ. История калия более ясна, потому что все эпохи в жизни этого важного элемента для нас очевидны.

Мы не только знаем его историю, но имеем в своих руках могучее орудие для поисков его месторождений, для технологии его использования, и еще таинственной остается для нас только его роль в живом организме,— пожалуй, самая интересная и самая важная страница его истории!

 

Print Friendly

Это интересно: