ОД „ВОЛЧЈАТА ПЕНА“ ДО МЕТАЛОТ НА ИДНИНАТА

Крајот на XVIII век претставува еден од највозбудливите периоди во историјата на науката. Тоа е време кога алхемијата и теоријата за флогистонот постепено отстапуваат пред новата квантитативна хемија, предводена од големиот Antoine Lavoisier. Хемичарите сѐ повеќе ги заменуваат претпоставките со мерења, а лабораторијата станува место каде природата се испрашува со експеримент наместо со филозофски размислувања.

Во таа епоха, откривањето на нов хемиски елемент не било само научен успех. Новите метали можеле да донесат економска предност, подобро оружје, поцврсти алатки и нови индустриски технологии.Затоа европските држави вложувале огромни напори во развојот на рударството, металургијата и хемијата.

Токму во таква атмосфера на научна и индустриска трка, во 1783 година двајца баскиски браќа – Хуан Хозе и Фаусто Д'Елијар – го извршиле своето најголемо научно дело. Изолирајќи нов метал од темната руда волфрамит, тие не само што го збогатиле списокот на познатите елементи, туку и ја впишале Шпанија во историјата на светската хемија.Волфрамот (W, атомски број 74) и денес останува единствениот хемиски елемент откриен и изолиран во Шпанија од шпански научници.

Хуан Хозе Д'Елијар е роден на 15 јуни 1754 година, а неговиот брат Фаусто на 11 октомври 1755 година во Логроњо, во регионот Риоха. Иако денес градот се наоѓа надвор од Баскија, семејството било со баскиско потекло и силно поврзано со интелектуалните кругови на северна Шпанија.

Нивниот татко бил угледен хирург, што им овозможило образование какво што малкумина можеле да добијат во тогашна Шпанија. Од рана возраст покажувале интерес за природните науки, особено за минералите, металите и практичната примена на научното знаење. Во 1772 година заминале во Париз, каде студирале медицина, хемија и природни науки. Таму се сретнале со најновите идеи на француското просветителство и со револуционерните промени што се случувале во науката.

Нивниот вистински научен подем започнал неколку години подоцна, кога биле избрани од Кралското баскиско друштво на пријатели на земјата. Оваа организација имала амбициозна цел: модернизација на шпанската индустрија преку воведување на најсовремените европски технологии.

Со таа цел браќата биле испратени во прочуената Рударска академија во Фрајберг, Саксонија. Во тоа време оваа институција претставувала светски центар за металургија, минералогија и рударство.Таму учеле кај прочуениот минералог Abraham Werner, кој оставил огромно влијание врз нивното научно формирање. По завршувањето на образованието, патиштата на браќата привремено се разделиле.

Хуан Хозе повеќе се насочил кон лабораториските истражувања и металургијата. Извесно време работел во Упсала под менторство на славниот шведски хемичар Torbern Bergman, еден од најголемите аналитички хемичари на XVIII век. Подоцна бил испратен во Јужна Америка, каде работел на унапредување на рудниците за благородни метали во тогашната шпанска колонијална империја. Починал во денешна Колумбија во 1796 година, на само 42-годишна возраст.

Фаусто, пак, изградил долга академска и административна кариера. Работел како професор по хемија и минералогија во Вергара, а подоцна заминал во Мексико, каде станал еден од најважните организатори на рударското образование во Новиот свет. Таму го основал прочуениот Кралски рударски колеџ и оставил трајно наследство во развојот на латиноамериканската металургија.

Во втората половина на XVIII век научниците биле збунети од два необични минерали. Првиот бил минералот што Швеѓаните го нарекувале tung sten („тежок камен“), денес познат како шеeлит (CaWO₄).

Вториот бил волфрамитот ((Fe,Mn)WO₄), темна и исклучително тешка руда што често се појавувала заедно со калајните руди.

Рударите одамна знаеле за овие минерали, но никој не успеал да докаже што точно содржат. Приказната за волфрамот е една од најубавите етимолошки и хемиски драми во историјата на науката! Таа совршено го отсликува судирот меѓу средновековната мистична алхемија на рударите и модерната чиста хемија. Во средниот век, рударите во областа Саксонија (Германија) и Корнвол (Англија) главно трагале по калај (на германски: Zinn, на латински: Stannum). Калајот бил клучен метал за правење бронза, садови и украси, па неговото топење било главен бизнис.

Но, рударите често наидувале на еден специфичен, тежок, темнокафеав до црн минерал кој се појавувал во истите жици каде што имало калај. Кога ќе се обиделе да ја стопат рудата на калајот заедно со овој несакан гостин во печките, се случувало нешто чудно и фрустрирачко:Наместо чист, течен калај, во печката се создавала огромна количина на густа, лигава и валкана пена.Оваа пена буквално го „голтала“ калајот, врзувајќи го во згура (страничен отпаден продукт).На крајот, рударите останувале со празни раце и огромна загуба на скапоцениот калај.

 Зошто „Волчја пена“ (Wolfram)?

Бидејќи алхемичарите и рударите во тоа време немале поим од модерна хемија, тие го објаснувале овој феномен на сликовит начин. Забележале дека овој темен минерал го проголтува калајот исто како што волкот проголтува овца.

Германскиот научник и „татко на минералогијата“, Георгиус Агрикола, во 1546 година во своето капитално дело De Re Metallica, го опишал овој минерал на латински како Lupispuma (што буквално значи волчја пена). Рударите на нивниот германски дијалект го нарекле:Wolf (волк) + Rahm (пена, крем, згура). Со текот на времето, овие два збора се споиле во еден -Wolfram. Така, името на минералот (денес познат како волфрамит) настанало како огорчен опис на рударите за пената што им го „изела“ калајот.

Во 1781 година шведскиот хемичар Carl Wilhelm Scheele успеал да изолира нова киселина од минералот шелит. Тој сфатил дека станува збор за сосема ново соединение, но не успеал да го добие металот што се крие зад него. Неговиот колега Бергман претпоставил дека киселината е оксид на непознат метал. Недостигала само последната алка во синџирот: успешна редукција.

Токму тука на сцената стапуваат браќата Д'Елијар. Во септември 1783 година Хуан Хозе се вратил од Шведска носејќи примероци од волфрамит и знаење стекнато кај Бергман. Во лабораторијата во Вергара тој и Фаусто започнале серија внимателно планирани експерименти.

Најпрво ја обработиле рудата и добиле волфрамска киселина, која со загревање преминувала во волфрам (VI) оксид:

H₂WO₄ → WO₃ + H₂O

Потоа оксидот го измешале со ситно сомелен јаглен и смесата ја загревале во глинен тигел на многу висока температура.Јаглеродот делувал како редукционо средство и го одземал кислородот од оксидот:

WO₃ + 3C → W + 3CO

По ладењето на тигелот, во него останал темносив метален прав. Кога внимателно го испитале добиениот материјал, сфатиле дека пред себе имаат нешто што никој дотогаш не успеал да го изолира – нов хемиски елемент. На 28 септември 1783 година волфрамот официјално влегол во историјата на науката.

Металот што ги осветли домовите

Кога во почетокот на XX век започнала масовната електрификација, инженерите се соочиле со сериозен проблем.Влакното во сијалицата морало да биде загреано до бело вжарување без да се стопи. Повеќето метали едноставно не можеле да издржат такви температури. Решението бил волфрамот.

Во 1913 година, Вилијам Кулиџ направил еластичен волфрам со цел да се направат филаменти(влакна) за електрични ламби. Иако волфрамот бил тежок за обработка, тој развил начин за прегревање на металниот волфрам со цел да го извлече во фини нишки што се користат за филаменти на ламби.

Неговата неверојатно висока точка на топење му овозможила да стане срцето на класичната електрична сијалица. Со децении милијарди луѓе ширум светот читале, работеле и учеле под светлина произведена од тенко волфрамово влакно.

Волфрамската војна

Покрај тоа што има највисока точка на топење меѓу сите метали, волфрамот поседува исклучителна цврстина и густина.Поради тоа станал клучна суровина за производство на специјална противтенковска муниција и алати за обработка на метал.

Германија немала доволно сопствени извори на волфрам и во голема мера зависела од увоз од Шпанија и Португалија.Ова довело до необична економска битка што историчарите денес ја нарекуваат „Волфрамска војна“. Сојузниците купувале огромни количества руда по вештачки високи цени и истовремено вршеле силен дипломатски притисок врз Шпанија и Португалија да го ограничат извозот кон Германија. Иако волфрамот сам по себе не ја решил војната, неговиот недостиг значително го ограничил производството на најквалитетната германска противтенковска муниција. Ретко кој елемент од Периодниот систем може да се пофали дека бил причина за сопствена економска војна.

Откривањето на волфрамот не било плод на случајност, туку резултат на образование, упорност и меѓународна научна соработка.Од лабораторијата во Вергара до современите ракети, турбини, медицински уреди и вселенски летала, патот на волфрамот е едно од највпечатливите патувања во историјата на хемијата.

Тргнувајќи од суеверието на старите рудари за „волчјата пена“, браќата Д'Елијар успеале да го откријат и изолираат металот со највисока точка на топење во природата. Со тоа не само што додале нов елемент во Периодниот систем, туку покажале дека зад секој необичен камен може да се крие откритие што ќе го промени светот.

Од „волчјата пена“ до металот на светилките, реактивните мотори, нуклеарни реактори, напредни премази, медицински помагала и вселенските мисии, приказната за волфрамот останува потсетник дека најголемите научни откритија често започнуваат со едноставно прашање: што навистина се крие во каменот што сите други го занемаруваат?