5. Ртуть и железо. Эти два металла имеют малое, если вообще имеют, сродство друг к другу. Я не знаю, чтобы когда-либо было получено какое-либо их химическое соединение.
6. Ртуть и олово. Эти два металла легко соединяются, особенно при содействии нагревания. Я нагрел 52 части олова и 167 частей ртути вместе, то есть 1 атом каждого, пока они не соединились в жидкую массу. Амальгама кристаллизовалась при температуре около 180°. При сильном нажатии рукой почти 50 частей жидкой ртути отделились от амальгамы после охлаждения, содержа, по-видимому, очень мало олова. После этого была образована амальгама из 104 частей олова и 167 частей ртути (2 атома олова на 1 атом ртути); она застыла при температуре около 230° и осталась твердым, сухим, кристаллическим веществом, согласующимся по виду с тем, что прилипает к зеркалам. Однако для целей серебрения зеркал используется гораздо больше ртути, чем указано выше; но после того, как стекло сдвигается на оловянную фольгу, предварительно покрытую ртутью, применяется большое давление, которое вытесняет избыточную ртуть почти в чистом состоянии.
7. Ртуть и свинец. К 90 частям свинца я добавил 167 частей ртути (по 1 атому каждого); они соединились при умеренном нагревании и кристаллизовались при температуре около 180°. Через несколько дней ртуть частично отделилась от амальгамы, и 56 частей были отжаты; затем всё это было соединено с еще 90 частями свинца (теперь 2 атома свинца на 1 атом ртути) и сплавлено вместе; амальгама кристаллизовалась при температуре около 200° и осталась в виде твердой однородной массы.
8. Ртуть и цинк. Когда 29 частей цинка и 167 частей ртути (в соотношении 1 атом к 1) нагревают вместе, они соединяются и образуют амальгаму, которая кристаллизуется при температуре около 200°. Некоторое количество ртути можно отжать в холодном состоянии. Добавив еще 29 частей цинка (в соотношении 2 атома к 1), мы получаем амальгаму, которая плавится значительно выше 200°, а при охлаждении превращается в устойчивую твердую кристаллическую массу.
9. Ртуть и висмут. Когда 62 части висмута сплавляют со 167 частями ртути (в соотношении 1 атом к 1), соединение остается жидким при обычной температуре, но частично кристаллизуется при стоянии; около ⅓ веса можно слить, как жидкую ртуть. Если мы добавим к этой массе еще 62 части висмута (так, чтобы получилось 2 атома на 1), жидкая амальгама кристаллизуется при температуре около 150 или 180°: однако масса остается мягкой, и под давлением можно отжать около 20 процентов жидкой амальгамы. Если мы добавим еще 62 части висмута (так, чтобы получилось 3 атома на 1), то соединение кристаллизуется при температуре от 200 до 300° в зернистую мягкую массу темноватого цвета, которая остается без изменений. Более высокое содержание висмута я не исследовал.
10. Ртуть и сурьма. Считается, что сурьма образует слабое соединение с ртутью, которое со временем быстро разрушается. Я предпринял несколько безуспешных попыток соединить эти два металла, которые, по-видимому, нет необходимости описывать, так как полученное соединение ничем не примечательно.
11. Ртуть и мышьяк. Согласно Льюису, амальгаму ртути и мышьяка можно получить, выдерживая их некоторое время над огнем при постоянном перемешивании смеси. Она имеет серый цвет и состоит из 5 частей ртути и 1 части мышьяка.
Большинство других металлов, насколько известно, не способны соединяться с ртутью, за исключением калия и натрия, рассматриваемых как металлы, которые соединяются с ртутью; однако эти сплавы представляют малый интерес, и их пропорции особо не исследовались.
Тройные, четверные и т. д. амальгамы.
Помимо тех амальгам, которые образуются из ртути и каждого отдельного металла, существуют другие, образующиеся из ртути и сплавов двух или более металлов, которые в некоторых случаях обладают свойствами, существенно отличающимися от простых смесей.
1. Ртуть с висмутом и свинцом. Когда амальгама, образованная из 2 атомов висмута и 1 атома ртути, смешивается с амальгамой, образованной из 1 атома свинца и 1 атома ртути, в такой пропорции, что содержание ртути в обеих одинаково, два порошка, хотя поначалу сухие и кристаллические, при растирании вскоре превращаются в устойчиво жидкую амальгаму. Жидкость при стекании тянется хвостом и склонна разделяться на менее и более жидкие части, но наиболее жидкая часть в этом отношении значительно уступает чистой ртути. Удельный вес амальгамы — 11.
2. Ртуть с легкоплавким металлом, состоящим из 7 частей висмута, 5 частей свинца и 3 частей олова. Смесь из 4 частей легкоплавкого металла и 5 частей ртути образует самую легкоплавкую амальгаму с минимальным содержанием ртути, которую мне удалось найти. Она состоит из 2 атомов висмута, 1 атома свинца, 1 атома олова и 2 атомов ртути. Ее удельный вес равен 12.
3. Ртуть, цинк и олово. Эта амальгама признана наиболее эффективной для возбуждения электрических машин. Г-н Катбертсон рекомендует для амальгамы дисковой машины 1 часть цинка, 1 часть олова и 2 части ртути. Но для цилиндрической машины лучшая амальгама, которую я изготовил, содержит более чем вдвое большее количество ртути, чем указано выше. Я составляю сплав из 58 частей цинка и 52 частей олова (2 атома к 1). К этому сплаву я добавляю 250 частей ртути и сплавляю смесь; жидкая масса кристаллизуется при температуре около 222° в белую, умеренно твердую амальгаму. Ее измельчают в ступке и смешивают с ¹/₁₂ ее веса свиного сала. Затем небольшое количество намазывают на кусок кожи и прикладывают к машине во время работы. Однако вероятно, что более твердая и менее жирная амальгама может быть лучше приспособлена для дисковой машины. Эта моя амальгама состоит из 4 атомов цинка, 2 атомов олова и 3 атомов ртути.
Я пробовал использовать амальгамы цинка и олова по отдельности и обнаружил, что они подходят для электрического возбуждения так же хорошо, как и в сочетании. Их следует составлять из 2 атомов цинка и 1 атома ртути (58 частей к 167) и из 2 атомов олова и 1 атома ртути (104 части к 167). Если мы хотим их объединить, нам нужно лишь взять 2 части цинковой амальгамы и 1 часть оловянной амальгамы и растереть их вместе.
Висмутовая амальгама не подходит для электрического возбуждения; свинцовая амальгама лучше; но они значительно уступают амальгамам олова и цинка.
Сплавы меди с другими металлами.
1. Медь и железо. Эти два металла с трудом соединяются при нагревании; но полученное соединение не обладает полезными свойствами.
2. Медь и никель. Считается, что при соединении этих двух металлов образуется белый, твердый, хрупкий сплав. Этот сплав почти неизвестен.
3. Медь и олово. Медь и олово могут быть сплавлены вместе и соединены практически в любой пропорции при умелой обработке; но установлено, что лишь немногие из этих пропорций образуют сплавы, обладающие свойствами, чрезвычайно ценными для ремесел.
Сплавы меди и олова обычно называют колокольной бронзой; но они получают более специфические названия в зависимости от целей, для которых предназначены, например, бронза, зеркальный металл, пушечный металл и т. д. Те из них, которые имеют желтый цвет, в обычном языке часто путают с латунью, например, «латунные пушки» и т. д. Действительно, древние греки и римляне, по-видимому, владели этими двумя сплавами под одним и тем же названием. Слово χαλκος у греков, использовавшееся для режущих инструментов, должно было означать колокольную бронзу или сплав меди и олова, а также латунь, что, собственно, и доказывается их анализом. Слово æs у римлян, по-видимому, также включало в себя это же соединение. Древние медные монеты также обычно содержат олово.
Олово, соединенное с медью в определенных пропорциях, придает сплаву удивительную степень твердости и прочности, значительно превосходящую в этих отношениях каждый из компонентов в отдельности. В других пропорциях оно делает соединение высокозвучным, как в колокольной бронзе в собственном смысле слова. Олово также увеличивает плавкость соединения по мере его содержания, будучи само по себе плавким при низкой температуре 440° по Фаренгейту.
Основные разновидности сплавов меди и олова перечислены ниже, начиная с тех, в которых медь наиболее обильна. Атом меди принят за 56, а атом олова — за 52 по весу; твердость этих металлов по Кирвану обозначена соответственно как 7,5 и 6.
(a). Пушечный металл. Сплав для латунных пушек или орудий изготавливается из 100 частей меди и 11 или 12 частей олова. Установлено, что небольшое количество железа улучшает металл; его лучше всего добавлять в виде жести, так как она легче плавится и соединяется с металлом. Это соединение твердое и чрезвычайно прочное, превосходящее в этом отношении любой другой сплав этих двух металлов. Добавление или удаление 1 или 2 частей олова существенно ухудшает прочность сплава. Он состоит из 8 атомов меди и 1 атома олова.
(b). Сплав для режущих инструментов, цилиндров печатных машин и т. д. Лучшая пропорция для этого соединения, по-видимому, составляет 100 частей меди и 15 или 16 частей олова. При надлежащей ковке и закалке он пригоден для изготовления режущих инструментов, не уступающих некоторым видам стали. Это соединение большей плотности, чем предыдущее, хотя и содержит больше олова; зерно мелкое, металл свободен от пузырей и пригоден для токарной обработки. По-видимому, это лучший сплав такого рода для цилиндров печатных машин; но анализ, который я недавно провел для некоторых стружек с одного из таких цилиндров, показал гораздо меньшее содержание олова, чем указанная выше пропорция. Сплав (b) состоит из 6 атомов меди и 1 атома олова.
(c). Сплав для китайского гонга, тарелок и т. д. Сплав, состоящий из 100 частей меди и 23 частей олова, согласно экспериментам Дюссо, образует соединение с минимальной плотностью. Он используется для изготовления тарелок и почти соответствует составу китайского гонга. Он состоит из 4 атомов меди и 1 атома олова. Китайский гонг, проанализированный Клапротом, состоял из 100 частей меди и 28,2 части олова; гонг, проанализированный д-ром Томсоном, — из 100 частей меди и 23,4 части олова.
(d). Обычная колокольная бронза, используемая для отливки колоколов. Этот сплав обычно изготавливается из 3 частей меди и 1 части олова; но для соблюдения пропорции в 3 атома меди и 1 атом олова он должен состоять из 100 частей меди и 31 части олова. Он твердый, белого цвета, менее ковкий, чем предыдущие сплавы, и более звучный. Образец, который я проанализировал, состоял из 100 частей меди и 36 частей олова. Точная пропорция 100 частей меди и 31 части олова не является существенной для получения звучного сплава.
(e). Зеркальный металл. Это соединение было исследовано с большой тщательностью оптиками. По мнению г-на Маджа, лучшая пропорция составляет 32 части меди к 14,5 частям олова, но г-н Эдвардс находит 15 частей олова, 1 часть латуни, 1 часть серебра и 1 часть мышьяка. Малейшее изменение в пропорциях меди и олова ухудшает металл. Сплав белый, твердый и мелкозернистый; он прекрасно полируется. Использование мельчайших долей цинка, серебра и мышьяка, возможно, служит для коррекции цвета сплава; хотя кажется, что во многих сплавах очень малые доли металлов, по-видимому, чуждых сплаву, улучшают плотность и текстуру металла. Примечательно, с какой точностью этот сплав соответствует атомным сочетаниям 2 атомов меди с 1 атомом олова. По расчетам, 32 части меди потребовали бы 14,8 части олова. Г-н Мадж находит 32 части меди на 14½ частей олова и отмечает, что если добавить еще ½ части олова, металл становится слишком твердым. Г-н Эдвардс, правда, говорит о 32 частях меди и 15 частях олова; но затем он добавляет 1 часть латуни, которая, содержа ⅔ части меди, снижает его пропорцию до 32 частей меди и 14,7 части олова, что почти точно соответствует требуемому теорией. Г-н Мадж утверждает, что при соединении 32 частей меди и 13½ частей олова металл получается слишком мягким.
(f). Медь и олово, равные части. Этот сплав имеет голубовато-белый цвет и не имеет какого-либо особого применения, о котором мне было бы известно. Он состоит из соединения 1 атома меди с 1 атомом олова.
Другие сплавы меди с более высокой долей олова кажутся неинтересными и не были объектами пристального внимания.
Не имея возможности получить эти сплавы синтетическим путем, я ограничился анализом нескольких из них.
Метод анализа, который я применил к соединениям меди и олова, прост и легок. Сплав обрабатывают азотной кислотой, которая растворяет медь, а при разбавлении водой осаждает олово в виде двуокиси. Последнюю собирают на фильтре, высушивают и нагревают до слабого красного каления; затем ²⁶/₃₃ от этого веса принимают за олово (остальные 7 частей составляют кислород); а остальную часть сплава можно считать медью. Но при желании медь можно осадить, погрузив в раствор свинцовую пластину, что удается лучше, чем с железной пластиной в азотнокислых растворах меди.
4. Медь и свинец. Медь соединяется с кипящим свинцом и образует серый хрупкий сплав зернистой текстуры. При нагревании этого сплава выше точки плавления свинца последний металл вытекает, оставляя медь почти чистой. Сплав практически не имеет применения.
5. Медь и цинк. Медь и цинк в соединении образуют латунь — один из самых полезных сплавов. Хотя это общее название для таких сочетаний, тем не менее, некоторые из пропорций образуют соединения, которым даны особые названия, некоторые из которых будут отмечены ниже.
Уместно заметить, что твердость меди оценивается г-ном Кирваном в 7½°, тогда как цинка — в 6½°. Первый металл обладает высокой прочностью и ковкостью; второй хрупок и ковок лишь в малой степени. Согласно Льюису, очень небольшая доля цинка разбавляет цвет меди и делает его бледным; когда медь поглощает ¹/₁₂ своего веса, цвет приобретает желтоватый оттенок. Желтизна увеличивается вместе с цинком до тех пор, пока вес этого металла в сплаве не сравняется с медью. За этой точкой, если содержание цинка увеличивать, сплав становится всё бледнее и бледнее и, наконец, белым, как цинк.
Прочность латуни выше, чем у меди или цинка, согласно Мушенбруку. Его эксперименты показывают, что латунь почти в два раза прочнее меди и в 18 раз прочнее цинка. Мне кажется наиболее вероятным, что прочность латуни увеличивается с увеличением содержания цинка в сплаве до определенной пропорции, когда она достигает максимума, а затем уменьшается с дальнейшим увеличением содержания цинка, но, полагаю, еще требуются эксперименты, чтобы установить, какую пропорцию двух металлов необходимо взять для формирования сплава наибольшей прочности. То же самое можно сказать и о максимальной твердости; не исключено, что два максимума могут быть обнаружены в разных видах латуни.
Температура, при которой плавится медь, указана как 27° по термометру Веджвуда, тогда как у цинка она намного ниже, а именно 680° по Фаренгейту. Обычная латунь, как утверждается, плавится при 21° по Веджвуду. Очень вероятно, что все виды латуни плавятся при температурах, промежуточных между температурами меди и цинка; и чем больше содержание цинка, тем ниже будет температура плавления; но, насколько мне известно, прямых экспериментов для установления этих градусов не проводилось.
Перечисляя различные пропорции таких сплавов, которые попали в поле моего зрения, я начну с той, которая содержит максимум меди, и буду переходить по градации к той, что содержит максимум цинка.
(a). Латунь для производства плакированных изделий. Этот сплав состоит, судя по одному проанализированному мной образцу, из 12 атомов меди и 1 атома цинка; или почти из 28 частей меди по весу и 1 части цинка. Атом меди здесь оценивается в 56, а атом цинка — в 29, или почти в ½ атома меди. Этот сплав, по-видимому, обладал почти теми же качествами, что и сама медь, только был немного желтее.
(b). Голландское золото, позолотный металл. Это тот сплав, который можно раскатывать в тонкие листы по образцу сусального золота. Мне не удалось найти в книгах никаких пропорций для этого соединения. По-видимому, производители держали их в секрете. Однако путем анализа я обнаружил, что он состоит из 6 атомов меди и 1 атома цинка, или почти из 12 частей меди и 1 части цинка по весу. Этот сплав, вероятно, является самым ковким из всех видов латуни. Лист площадью 12 квадратных дюймов весит около ⁷/₁₀ грана. Цвет, как известно, хорошо приближается к цвету золота. Это состав, используемый для изготовления изделий, подлежащих золочению, таких как пуговицы и т. д.
(c). Окунаемый металл для штампованных латунных изделий. Это хорошо известный товар бирмингемского производства. Это сплав, одновременно прочный и ковкий, что очевидно по совершенству изделий. Он обладает красивым золотым цветом. Образец, согласно моему анализу, состоял из 4 атомов меди на 1 атом цинка; или из 8 фунтов меди и 1 фунта цинка; или из 4 фунтов меди и 3 фунтов обычной латуни; но пропорции варьируются в зависимости от желаемого цвета.
(d). Мягкая латунь красивого цвета. Согласно М. Сажу, очень хороший вид латуни можно получить, смешав окись меди, каламин, черный флюс и порошок древесного угля и сплавляя смесь в тигле до тех пор, пока синее пламя не исчезнет. Установлено, что латунь весит на ⅙ больше, чем медь, получаемая из веса окиси. Он говорит, что когда медь удерживает ⅕ цинка, цвет не такой красивый; а избыток цинка выгорает при нагревании, но цинк не может быть восстановлен путем выжигания ниже ⅙; так что это, по-видимому, естественный предел. Следовательно, это соединение, состоящее из 6 частей меди и 1 части цинка, должно состоять из 3 атомов меди и 1 атома цинка.
(e). Мягкая латунь, предпочтительная для часовых механизмов. Существует вид латуни, которому часовщики отдают предпочтение из-за того, что он хорошо работает со сталью. Я не встречал такого образца; но д-р Томсон проанализировал один и обнаружил, что он состоит из 2 атомов меди и 1 атома цинка; или почти из 4 частей меди и 1 части цинка по весу.
(f). Обычная твердая латунь. Она составляет основную массу латуни, производимой в больших масштабах. Ее изготавливают путем воздействия красного каления в течение нескольких часов на смесь гранулированной меди, каламина (то есть природной окиси цинка) и порошкообразного древесного угля, а затем повышают температуру так, чтобы расплавить соединение меди и цинка, при этом уголь уносит кислород каламина. Затем металл отливают в слитки или пластины, как требуется. Это называется латунью цементации, в отличие от других видов, которые обычно изготавливаются из нее путем сплавления с медью или цинком, в зависимости от случая.