Занимательная химия для детей и взрослых

Монеты из алюминия: справа – не бывшая в обращении (Куба, 5 сентаво, 1971), слева – подвергшаяся коррозии (Франция, 2 франка, 1943)

Так, итальянские монеты достоинством 50 и 100 лир содержали 18,25 % хрома. Столько же хрома было недавно в украинских копейках и пятачках. Хромом были покрыты одно время канадские пятицентовые монеты. Известно, что хромирование не только делает изделие привлекательным, но и предохраняет его от износа (технический хром – один из самых твердых металлов). Иногда чеканились монеты и из чистого железа, например в Люксембурге и Финляндии (в 1940–1953 гг.). В 1999 г. в Гибралтаре появилась первая в мире монета из титана.

Монета из железа. Финляндия, 1 марка, 1949

В 1982 г. в Италии придумали делать так называемые биметаллические монеты. Такие монеты в том же году начали чеканить в Ватикане и Сан-Марино. Прошло немного времени, и многие страны, в том числе и Россия, переняли это изобретение. А во Франции в 1992 г. выпустили триметаллическую монету! Внеш нее кольцо и центральный диск у нее были светлые, из медно-никелевого сплава, а внутреннее кольцо – бронзовое. Экзотический для монет металл ниобий был использован в Австрии для центральной части биметаллической монеты достоинством 25 евро. Если ниобий погрузить в раствор электролита и сделать анодом, то на нем образуется пленка оксида. В результате интерференции света эта пленка будет окрашена в разные цвета – в зависимости от ее толщины. Этот эффект и был использован для австрийской монеты. Широко используют для чеканки монет и сплавы меди с цинком (латунь и томпак), оловом или алюминием (бронзы), а также тройные сплавы Cu-Ni-Al, Cu-Ni-Zn (нейзильбер) и др.

Многие видели привезенные из стран Еврозоны новые монеты. Из чего они сделаны? Мелкие монеты достоинством 1, 2 и 5 центов отчеканены из стали, поэтому они притягиваются магнитом. Красный цвет им придает медь, которой плакированы монеты. Плакировка – способ покрытия одного металла тонким слоем другого путем прокатки двух– или трехслойного пакета, составленного из этих металлов. Массовая доля меди у них составляет примерно 5,5 %. Причин для выбора медного покрытия было несколько. Прежде всего, «медный» вид мелкой монеты привычен европейцам с античных времен, когда в Риме чеканилось множество медных монет разных номиналов. В США и Англии с давних пор наиболее популярные монетки – пенни – чеканились из меди. Медь – единственный металл (кроме золота), цвет которого отличается от обычного серого. Кроме того, медь – очень практичный для монет металл. Она достаточно тверда, легко прокатывается в тонкие листы, хорошо штампуется, что позволяет передавать на монетах самые тонкие детали, противостоит коррозии, имеет хороший внешний вид. Во время штамповки медные монеты приобретают дополнительную твердость, так что, по оценкам специалистов, они проживут лет тридцать. Так как медь не ржавеет, ее легко использовать вторично. Повторное использование меди и ее сплавов практиковалось еще в бронзовом веке. Полагают, что 80 % всей меди, выплавленной в течение многих веков, до сих пор находится в использовании. Так что в новых евромонетах, без сомнения, присутствует медь, побывавшая и в древнеримских монетах, и в монетах викингов, и в монетах германской и французской империй!

Электропроводность меди и некоторые другие ее свойства таковы, что этот металл оставляет свою уникальную «подпись» в торговых автоматах и машинах для подсчета и сортировки монет. Различные добавки в медных сплавах могут изменять электропроводность в широких пределах. Но для каждого сплава, используемого в монетах, эта электропроводность в точности известна, так что автомат легко на нее настроить.

Наконец, при выборе меди учли, что монеты, переходя тысячи раз из рук в руки, могут быть разносчиками болезнетворных бактерий. Медь же обладает антибактериальными свойствами; кроме того, она не вызывает аллергических реакций.

Для монет достоинством 10, 20 и 50 центов как альтернативу стандартному медно-никелевому было решено использовать сплав, названный скандинавским золотом (Nordic Gold). Новый сплав должен был удовлетворять нескольким требованиям: во-первых, быть похожим на золото и не темнеть со временем; во-вторых, быть ковким и пригодным для чеканки монет; в-третьих, быть устойчивым к истиранию при эксплуатации и, наконец, не вызывать аллергических реакций. Было перепробовано несколько различных сплавов; испытывали, насколько они устойчивы к разным материалам и веществам, включая пот. Наконец остановились на комбинации, которая удовлетворяла всем условиям. Действительно, монетки выглядят точь-в-точь как золотые и не теряют своего вида в течение долгого времени. И здесь меди отведена ведущая роль: ее в сплаве 89 %, остальное – алюминий и цинк (по 5 %) с добавкой олова (1 %).

Уже в первый год для выпуска в обращение 80 миллиардов евромонет потребовалось полторы тысячи тонн олова. А меди для них было заготовлено примерно 180 тысяч тонн – 2 % всего потребления этого металла в Европе. Неудивительно, что на ряде заводов была налажена переработка старых монет, изъятых из обращения.

Специалисты позаботились о том, чтобы евромонеты были не только красивыми, но и безопасными – как для здоровья, так и с точки зрения возможных подделок: ведь новые монеты должны ходить на очень обширной территории. До введения евро четверть всего монетного металла в Европе составлял никель, который может вызвать аллергию. Поэтому в новых монетах никеля сравнительно немного.

Технология производства монет в 1 и 2 евро должна была обезопасить их от подделки. Для этого их сделали биметаллическими, причем использовалась особая технология выплавки металлов и засекреченный способ соединения двух компонентов монет и их чеканки. У этих монет центральная часть никелевая: она слабо притягивается даже очень сильным магнитом. Но так как никель может вызвать на руках экзему, он плакирован сплавом, содержащим 75 % меди; остальное – никель (для монет в 1 евро) или 20 % цинка и 5 % никеля (для монет в 2 евро). Внешнее кольцо этих монет по составу «антисимметрично» внутреннему: 75 % меди, 20 % цинка, 5 % никеля для 1 евро, 75 % меди, 25 % никеля для 2 евро. Оба сплава немагнитные.

В заключение – несколько слов о современных российских монетах. Если советские новенькие «медяки» когда-то вполне заменяли химикам разновесы (1, 2, 3 и 5 копеек весили точно 1, 2, 3 и 5 г), то о современных монетах этого не скажешь. Впрочем, и они могут в определенных случаях принести пользу, если под рукой нет ничего кроме аптекарских весов. Так, 1 копейка (новая) весит 1,5 г, 5 копеек – 2,6 г, масса 10 и 50 копеек зависит от металла, 1 рубль – 3,25 г, 2 рубля – 5,1 г, 5 рублей – 6,45 г.

А из чего они сделаны? Копейки и пятачки притягиваются магнитом, т. е. они железные (вернее, из низкоуглеродистой стали). Но это – внутри. Снаружи же эти блестящие, как серебро, монетки покрыты (плакированы) медно-никелевым сплавом – мельхиором. Конечно, это дорого, зато хорошо предохраняет их от коррозии. Монеты достоинством 10 и 50 копеек – из медно-цинкового сплава (латуни), а с 2006 г. – стальные с покрытием медным сплавом. Рублевые и двухрублевые – из медно-никелевого сплава. А вот пятирублевики – медные, покрытые сверху мельхиором (это видно по красноватому цвету, «выглядывающему» на боковой части монеты – гурте). С 2009 г. и эти монеты станут стальными, с никелевым гальванопокрытием.

Сколько стоит монета?

Этот странный на первый взгляд вопрос когда-то не вызывал недоумения: монета стоила столько, сколько стоил металл, из которого она изготовлена. Так, если в золотой «царской» десятке с портретом Николая II, чеканившейся в 1898–1911 гг. и весившей 8,6 г, было 7,74 г чистого золота, то такое количество золота и стоило тогда 10 рублей. Соответственно серебряные монеты «вмещали» в себя меньше денег, медные – еще меньше. Поэтому из серебра 900-й пробы чеканили (с 1886 г.) только рубли, полтинники и полуполтинники (25 копеек), из низкопробного серебра 500-й пробы – монеты достоинством от 5 до 20 копеек (такие монеты из серебра 900-й пробы были бы слишком маленькими), а из меди – монеты достоинством 1/4, 1/2, 2, 3 и 5 копеек. И если положить рядом крошечный серебряный пятачок и огромный по сравнению с ней медный пятак (обе монеты чеканились с 1867 г.), сразу видна разница между стоимостью серебра и меди. Аналогично за небольшую золотую монету нужно было выложить 10 рублевых общей массой 200 г! Золото дороже серебра и потому, что его в земной коре намного меньше (в 16 раз), и потому, что добывать его, как правило, труднее. Интересно, что в Древней Месопотамии (VIII век до н. э.) золото ценилось дороже серебра в 13 раз. Примерно такое же соотношение было и в Древнем Египте и Греции. В Средние века это соотношение колебалось от 1 : 10 до 1 : 13, а в XVII веке увеличилось до 1 : 16 (после ввоза из Нового Света огромных количеств серебра оно относительно подешевело). Конечно, на это соотношение сильно влияли различные факторы, в основном – добыча этих металлов.

Чтобы медь стала полноценным монетным металлом, ее стоимость в монете когда-то тоже должна была соответствовать номиналу монеты. Так появились огромные медные пластины (их называют также платами); например, в Швеции при королеве Кристине (1632–1654) плата, соответствующая 10-далеровой серебряной монете, весила 19,5 кг! Российские платы были поменьше; так, медный рубль 1725–1726 гг. весил 1,64 кг (1/10 пуда), полтина – 0,82 кг, полуполтина – 0,41 кг и т. д. Это были специальные выпуски, отчеканенные в очень небольшом количестве экземпляров. Однако выпускавшиеся с 1758 по 1810 гг. огромными тиражами пятаки тоже весили немало – более 50 г! Большой вес медных денег приводил к значительным неудобствам. Вот яркий пример. В конце 1747 г. М. В. Ломоносов написал свою самую знаменитую оду, посвященную шестилетию восшествия на престол Елизаветы Петровны. Часто цитируют ее строки о том, что «может собственных Платонов и быстрых разумом Невтонов Российская земля рождать». Безудержные славословия Елизавете (впрочем, соответствующие жанру оды) настолько понравились императрице, что она повелела выдать автору 2000 рублей – огромную по тому времени сумму. Однако в казне в тот момент серебра не оказалось, а ассигнации появились только при Екатерине II; пришлось выдать царский дар медью: Ломоносову доставили две подводы медных денег. Нетрудно подсчитать их вес. По именному указу 1730 г. из 1 пуда меди чеканили монет (деньги и полушки) на 10 рублей. Значит, 2000 «медных» рублей весили 200 пудов, или 3,2 тонны! Если бы Ломоносов жил лет на 150 позже, его награда весила бы «всего» 640 кг, так как с 1867 г. из пуда меди медных монет чеканили уже на 50 рублей.

А вот еще один любопытный факт, касающийся медных монет и успехов химиков XVIII века. Чтобы не возить по российским просторам огромные массы денег, Екатерина II в 1763 г. приказала чеканить медные монеты для Сибири из местной меди, добываемой на Колывано-Воскресенском руднике. Там же располагался медеплавильный завод. Как показали химические анализы, медь из этого рудника содержала естественную примесь серебра (0,81 %) и золота (0,036 %). Их выделение из меди было в те времена малорентабельным, и правительство решило зачислить стоимость золота и серебра в стоимость сибирских медных денег.

Полуполтины 1726 г .

В результате из одного пуда колыванской меди чеканили «сибирских» монет на 25 рублей, тогда как общероссийские медные монеты чеканили в то время из расчета 16 рублей из пуда. Поэтому обычный российский пятак тех времен весит 51,19 г, а сибирский – «только» 32,76 г – разница существенная!

Поскольку у большинства правителей всегда были проблемы с деньгами, они нередко выпускали в обращение монеты, номинал которых был выше истинной стоимости металла в них. Примеры злоупотребления таким способом поправки государственных финансов можно найти уже в Древней Греции. Самый простой способ порчи монеты (кстати, это вполне официальный термин) – ее обрезание. Он особенно практиковался в древности, когда монеты были неправильной формы, а их вес мог существенно различаться. В Афинах достиг совершенства еще один метод: железные, медные или свинцовые кружки обтягивали тонким серебряным или золотым листком. Но чаще всего применяли наиболее простой способ: к драгоценному металлу подмешивали менее ценный. В Риме порча монеты достигла крайних масштабов в III в. н. э., когда «золотые» монеты содержали 82,7 % меди, 16 % серебра и лишь 1,3 % золота. Сильнейшие злоупотребления в монетном деле совершались во многих европейских странах в Средние века. Итог известен – полное расстройство монетной системы. В России попытка насильственно приравнять по стоимости медные деньги к серебряным вылилась в московский Медный бунт 1662 г.

Когда металл дороже денег

Сейчас номинал монеты (то, что на ней написано) не связан напрямую с ценой металла. Хотя если цена металла превышает номинал, становится невыгодной их чеканка. Понятно, что все страны стараются, чтобы металл, из которого чеканят монеты для обращения, был по возможности дешевле. Ведь монеты сейчас чеканят миллионами и даже миллиардами. Например, юбилейная американская 25-центовая монета, посвященная вхождению в США Виргинии (она отчеканена в 2000 году), имела тираж более полутора миллиардов! Конечно, стремление использовать для монет как можно более дешевые металлы не относится к юбилейным и памятным монетам, которые предназначены для коллекционеров, а не для хождения по магазинам. Так, рыночная цена современных серебряных монет номиналом 1, 2 и 3 рубля может превышать этот номинал во много сотен раз.

В старые времена цена металла (и в первую очередь – золота и серебра) в монете должна была соответствовать номиналу. Правители часто не выполняли этого требования, снижая содержание золота или серебра в монете, и таким образом поправляли (хотя и ненадолго) свои финансовые дела. Нередки в истории и прямо противоположные случаи, когда стоимость металла превышала номинал монеты. Как правило, это связано с инфляцией и неповоротливостью чиновников, не прекращающих своевременно чеканить монеты, как говорится, себе в убыток. Так, в Италии в 70-х гг. ХХ века началась паника – из обращения почти исчезли мелкие монеты из алюминиево-магниевого сплава достоинством 1, 2 и 5 лир. Расследование показало, что некоторые фирмы скупали эти дешевые монеты, металл которых стоил больше их номинала, и использовали их не по назначению – например, в качестве основы для пуговиц. Это было дешевле, чем штамповать пуговицы даже из недорогого алюминия. Диаметр этих монет тоже был подходящий: 17,2 мм (1 лира), 18,3 мм (2 лиры), 20,3 мм (5 лир), 23,3 мм (10 лир) – на любой вкус! В результате были приняты срочные меры по массовой чеканке монет. Так, если в 1970 г. пятилировых монет было отчеканено 3,1 млн, то в 1972 г. – 16,4 млн, а в 1973 г. – 28,8 млн! И хотя еще в 1976 г. лира соответствовала всего 0,0012 доллара США, т. е. на нее ничего нельзя было купить, массовая чеканка мелких монет продолжалась вплоть до 1993 г. – факт удивительный! Как бы в насмешку, на монете достоинством 1 лира был изображен рог изобилия.

Из таких алюминиевых монет делали пуговицы, потому что еще задолго до прекращения их чеканки в 1993 г. на них уже ничего нельзя было купить

В нашей стране выгодное добывание «изюма из булок» случалось по крайней мере трижды. После Отечественной войны 1812 года резко выросла цена серебра и меди: за рубль серебром давали четыре рубля ассигнациями, а за пуд меди можно было получить от 40 до 50 рублей. В то же время, согласно Манифесту от 29 августа 1810 г., из одного пуда меди вплоть до 1831 г. чеканили монеты всех номиналов (деньга, одна и две копейки) на сумму 24 рубля. Этот вопиющий дисбаланс приводил к ежегодной переплавке на металл нескольких тысяч тонн медных монет!

Второй раз такая «утечка капиталов» произошла в конце XIX в., когда основным источником меди для монет стали уральские руды, содержащие примесь золота и серебра. В результате предприниматели стали вывозить из России медную монету для переработки металла на чистую (рафинированную) медь с одновременным получением золота и серебра в количествах, окупающих все расходы. Последний подобный случай памятен многим. В результате гиперинфляции в начале 1990-х годов советские деньги очень быстро обесценились. Соответственно цена металлов, из которых были отчеканены монеты, стала существенно выше их номинала. Продавцы в магазинах собирали мелочь и продавали их дельцам на вес. А в рекордном экспорте цветных металлов Эстонией наряду с другими изделиями участвовала и советская монета. Да и сейчас себестоимость наших самых мелких монет заметно превышает их номинал.

С обесцениванием монет связаны и забавные случаи. В Абу-Даби, столице Объединенных Арабских Эмиратов, денежной единицей является дирхам (это арабское слово происходит от греческой монеты драхмы). Дирхам теоретически состоит из 100 филсов, но монета достоинством 1 филс последний раз была отчеканена в 1975 г. и давно вышла из употребления. На этом решило сыграть рекламное агентство, которое во время перерыва в футбольном матче на местном стадионе выкатило на поле новенький «мерседес» и пообещало отдать его каждому, кто немедленно выложит три монеты по одному филсу. Такого среди тысяч болельщиков, естественно, не нашлось. Любопытно, что точно такой же прием был использован и во время футбольного матча в Бразилии. Только вместо старых монеток за автомобиль попросили предъявить фотографию… тещи! И в этом случае рекламная фирма внакладе не осталась.

В периоды гиперинфляции монеты обычно не выпускались: никакой монетный двор не поспел бы за ростом цен, а число нулей просто не уместилось бы на небольшом металлическом кружке. Так было после Первой мировой войны в Германии, России, других странах. Рекорд по темпам инфляции был поставлен в Венгрии. В 1925–1946 гг. денежной единицей страны был пенгё (по-венгерски – «звонкая монета»). До 1939 г. монета в 1 пенгё чеканились из серебра 640-й пробы, затем – из алюминия. После войны в течение считанных месяцев пенгё обесценился в триллионы (!) раз. На бумажных венгерских купюрах того времени (они выставлены в витрине нумизматического магазина в Будапеште) проставлен не только год, но и месяц и день выпуска! Печатание таких банкнот, вероятно, стоило дороже, чем их номинал. С 1 августа 1946 г. в стране была введена новая денежная единица – форинт (от венгерского названия итальянского флорина), которая в ходу и в настоящее время – до введения евро.

Соотношение в стоимости этих венгерских монет (1 пенгё, 1941, и 1 форинт, 1949) после войны выражалось числом с 12 нулями

В нумизматике существует термин «военные деньги» – монеты военного времени, отличающиеся от соответствующих монет мирного времени более низкой пробой драгоценного металла или полной заменой одного металла другим. Вот типичный пример: во время Второй мировой войны в США резко увеличилась потребность в меди для производства ружейных патронов и артиллерийских снарядов. В результате одноцентовые монеты в 1943 г. чеканились не из меди, а из стали и покрывались тонким слоем цинка. Такие монеты притягиваются магнитом. Внешне они, конечно, сильно отличаются от монет других годов выпуска.

«Железный» цент США, отчеканенный в 1943 г.

Ещё один пример. Пятицентовые монетки («никели») до и после войны чеканились (и сейчас чеканятся) из медно-никелевого сплава. Но в декабре 1941 г. США вступили в войну, и американским военным потребовался также никель. Поэтому в 1942– 1945 гг. никель в этих монетах заменили (в это трудно поверить) на серебро! И состав у них необычный: 56 % меди, 35 % серебра и 9 % марганца.

Деньги из «военных» металлов чеканились во время мировых войн во многих странах – Австрии, Бельгии, Болгарии, Венгрии, Германии, Голландии, Дании, Канаде, Норвегии, Румынии, Швейцарии, Швеции… Сравнительно дорогие (и необходимые для военных нужд) медь, никель и их сплавы заменяли на более дешевые: железо, цинк, алюминий. Военные деньги, как правило, были плохого качества: железные монеты легко ржавели, цинковые были недостаточно твердыми и также корродировали.

Однако и в мирное время существует чёткая тенденция удешевлять монеты, по возможности не меняя их внешний облик. Причина одна: из-за инфляции стоимость металла начинает превышать номинал этих монет. В результате приходится отказываться от традиционных монетных металлов и искать им замену.

Происходит это даже в такой богатой стране, как США. Там с 1965 г. стали чеканить 10-центовые монеты – «даймы» с профилем Рузвельта не из высокопробного (90 %) серебра, а из медноникелевого сплава, очень похожего на серебро, так что внешний вид монеты практически не изменился. Прошло немного времени, и появилась необходимость экономии и на меди: чеканка самой мелкой медной монеты США (1 цент, или «пенни» с изображением Линкольна) стала нерентабельной. В результате с осени 1982 г. металл этих монет изменился. И на этот раз подмена была сделана так искусно, что простые люди это даже не заметили. Но заметили химики!

В 1983 г. американский химик Дж. М. Миллер из г. Мадисона (штат Нью-Джерси) развлекался тем, что с помощью рентгенофлуоресцентного спектрометра анализировал состав разных монет. Этот метод позволяет проводить качественный и количественный анализ металлов и их сплавов без разрушения образца. Анализ показал, что центы, выпущенные до 1982 г., изготовлены из меди с добавкой 5 % цинка. Каково же было удивление Миллера, когда, взяв новенькую монетку 1982 г., он обнаружил, что прибор показывает наличие практически чистой меди, хотя медь дороже цинка. Миллер навел справки и выяснил, что монетный двор США вовсе не работал себе в убыток. Как раз наоборот: новые центы только снаружи покрыты медью, внутри же они цинковые, а цинк дешевле меди. Внешне они не отличаются от старых, только немного легче. В результате общее содержание меди в центах снижено с 95 до 2,5 % – солидная экономия для такого массового производства. Для определения содержания меди Миллер снимал медь с монеты электрохимически. Интересно, что в 1982 г. выпускались монеты обоих типов, а с 1983 г. – только цинковые с медным покрытием.