Кобальт (Co) — это единственный элемент в Периодической таблице, названный в честь злобного духа.
Его история — это цепь поразительных превращений: он начал свой путь как «злая руда», которую горняки проклинали за ядовитые испарения и «кражу» серебра.
Пройдя через тайны средневековых алхимиков, криминальные секреты варки синего стекла и фокусы невидимыми чернилами, сегодня Кобальт стал незаменимым стратегическим металлом — «душой» всех современных литий-ионных батарей.
Несколько сот лет назад немецкая провинция Саксония была крупным по тогдашним временам центром добычи серебра, меди и других цветных металлов.
В тамошних рудниках случалось находить руду, которая по всем внешним признакам казалась серебряной, но при плавке получить из неё драгоценный металл не удавалось.
Хуже того, при обжиге такой руды выделялся ядовитый газ, отравлявший рабочих.
Саксонцы объясняли эти неприятности вмешательством нечистой силы — коварного подземного гнома кобольда.
От него же исходили и другие опасности, подкарауливающие рудокопов в подземельях.
В те времена в Германии даже читали в церквях молитвы о спасении горняков от злого духа кобольда…
И со временем, когда саксонцы научились отличать «нечистую» руду от серебряной, они её назвали «кобольд».
В 1735 г. шведский химик Георг Брандт выделил из этой «нечистой» руды серый со слабым розоватым оттенком неизвестный металл.
Имя «кобольд», или «кобальт», сохранилось и за ним.
В диссертации Брандта, посвящённой новому металлу, говорилось, в частности, о том, что из металла можно изготавливать сафру — краску, придающую стеклу глубокий и очень красивый синий цвет.
Но ещё в Древнем Египте было известно синее стекло, сделанное по тщательно скрываемым рецептам.
В Средние века ни одно из государств Европы не могло соперничать в производстве стекла с Венецианской республикой.
Чтобы оградить секреты варки цветных стёкол от чужого любопытства, правительство Венеции в XIII в. специальным указом перевело все стекольные фабрики на Уединённый остров Мурано.
О том, какими способами охранялись там секреты производства, можно составить себе некоторое представление по такой истории.
Однажды с острова бежал подмастерье по имени Джиорджио Белерино, а вскоре в одном из немецких городков сгорела стекольная мастерская.
Её владелец — его звали Белерипо — был заколот кинжалом…
И всё‑таки, несмотря на столь жестокие меры, секреты варки цветного стекла стали известны в других государствах.
В 1520 г. Вейденхаммер в Германии нашёл способ приготовления краски для синего стекла и по дорогой цене стал продавать её венецианскому правительству!
Ещё через 20 лет богемский стекольный мастер Шюрер тоже стал делать синюю краску из какой‑то руды, известной ему одному.
С его помощью такую краску стали изготовлять и в Голландии.
Современники писали, что стекло окрашивается «цаффером», но что собой представлял этот продукт, никто не знал.
Только через столетие (в 1679 г.) известный химик Иоганн Кункель подробно описал процесс получения краски.
Но оставалось неизвестным, из какой именно руды её делают, где эту руду искать и какая её составная часть обладает красящим свойством.
Только после исследования Брандта было выяснено, что сафр, или цаффер, — продукт прокаливания руды, богатой кобальтом, содержит окислы кобальта и множество окислов других металлов.
Сплавленный затем с песком и поташом цаффер образовывал смальту, которая и представляла собой краску для стекла.
Кобальта в смальте содержалось немного — всего 2–7 %. Но красящая способность окиси кобальта оказалась большой: уже 0,0001% её в шихте придаёт стеклу голубоватый оттенок.
Стеклоделы Средних веков пользовались свойствами кобальта бессознательно, отыскав их чисто опытным путём.
Разумеется, это не может даже в самой малой степени умалить в наших глазах замечательное искусство этих тружеников.
Помимо смальты, существуют и другие кобальтовые красители:
Краски эти красивы и достаточно стойки при высокой температуре, но не всегда имеют хорошую кроющую способность.
Значение их гораздо меньше, чем смальты.
Заслуживает внимания другое: изменчивость окраски соединений кобальта.
Чудеса превращения красок известны ещё с XVI столетия. Профессор Базельского университета, химик и врач Парацельс, показывал написанную им самим картину.
Она изображала зимний пейзаж — деревья и пригорки, покрытые снегом.
Дав зрителям насмотреться, профессор слегка подогревал картину, и прямо на глазах у всех зимний ландшафт сменялся летним: деревья одевались листвой, на пригорках зеленела трава.
Это производило впечатление чуда.
Для современного химика история с картиной Парацельса выглядит довольно просто.
Такой эффект могли дать, в частности, кобальтовые краски.
Хлористый кобальт, к которому добавлено соответствующее количество хлористого никеля, почти бесцветен.
Но при нагревании эти соли теряют кристаллизационную воду, и цвет их меняется.
В 1737 г. один французский химик открыл свойство кобальтовых солей окрашиваться под действием тепла и использовал их в качестве симпатических чернил.
Написанное ими на бумаге становится видимым только после того, как бумагу нагреют.
Сейчас эта особенность солей кобальта имеет практическое значение в лабораторной технике: раствором кобальтовых солей метят фарфоровые тигли.
После прогрева такая метка чётко выступает на белой поверхности фарфора.
Окраска стёкол соединениями кобальта имеет немаловажное значение и в наше время, хотя существуют более дешёвые красители.
Для технических целей часто нужны стёкла, поглощающие и пропускающие лучи определённого цвета.
Такие стёкла необходимы в фотографии, сигнализации, колориметрическом анализе и других случаях.
Смальтой в наше время не пользуются, а употребляют непосредственно окись кобальта, которую вводят в состав шихты, загружаемой в стекловаренную печь.
Стёкла, применяемые для сигнальных огней, должны давать резкий, отчётливый свет.
Нужно исключить возможность ошибочного восприятия сигнала даже в условиях плохой видимости, даже при больших скоростях транспорта и несовершенстве человеческого зрения.
А для этого необходимо, чтобы стёкла световых сигнальных устройств пропускали только свет волны точно определённой длины.
У стёкол, окрашенных окисью кобальта, нет соперников по прозрачности.
А добавка в такое стекло ничтожных количеств окиси меди придаёт ему способность задерживать некоторые лучи красной и фиолетовой части спектра.
Для фотохимических исследований бывают нужны стёкла, совершенно не пропускающие жёлтых и оранжевых лучей.
Этому условию отвечают кобальто‑рубиновые стёкла: на окрашенное кобальтом синее стекло накладывается нагретое стекло, окрашенное в красный цвет соединениями меди, — так называемый медный рубин.
Хорошо известно применение окиси кобальта для придания красивого, очень устойчивого тёмно‑синего цвета фарфоровым и эмалированным изделиям.