Один из самых распространенных элементов, главная составляющая часть атмосферы Земли. Слово «Азот», предложенное французским химиком А. Лавуазье в конце 18 века, греческого происхождения. «Азот» означает «Безжизненный»



страница3/7
Дата29.06.2015
Размер1,07 Mb.
1   2   3   4   5   6   7

В А Н А Д И Й № 23 V 2 8 11 2

50,942


Открыт ванадий в 1830 году шведским химиком и минералогом Н.Сефстремом при исследовании железных руд и назван в честь богини красоты Ванадис (древнескандинавская мифология). В земной коре ванадия содержится 0,015% по массе. Это больше, чем меди или никеля, но ванадий – элемент рассеянный, и добывают его обычно из железных и полиметаллических руд, где он находится в небольших количествах.

Ванадий устойчив в воде, в том числе и морской, не реагирует с щелочами и кислотами. Но он растворяется в плавиковой кислоте, концентрированных азотной и серной, в царской водке.

Ванадий – светло-серый, умеренно тугоплавкий, хорошо поддающийся механической обработке металл. Он интересен прежде всего как важная легирующая добавка к стали: придает стали большую твердость и вязкость. Ванадиевая сталь широко применяется во многих отраслях машиностроения, особенно в автомобилестроении.

Из соединений ванадия наиболее важен оксид ванадия 5, используемый как катализатор в производстве серной кислоты и получении некоторых органических соединений.

Г Е Л И Й №2 Не 2

4,0026
Элемент 8 группы, главной подгруппы. Входит в состав воздуха. Гелий – второй по распространенности элемент Вселенной. Выделен в 1895 году из уранового минерала (еще раньше его нашли на Солнце и в вулканических газах, позднее его обнаружили и в земной атмосфере). Открыли гелий В.Рамзай, Клеве (Англия). Гелий – газ без цвета, запаха, плохо растворим в воде. Кристаллизуется только под давлением 25 атмосфер.

Получают этот газ перегонкой жидкого воздуха.

Применяется в источниках света, для создания инертной атмосферы, жидкий гелий применяют для охлаждения до сверхнизких температур.

Изучение свойств жидкого гелия привело к удивительным открытиям в физике – сверхтекучести, сверхпроводимости. В воздухе гелия содержится 0,000524%. Он также содержится в некоторых каменноугольных газах.

Отличается высокой электропроводностью и светится в электрическом разряде желтым светом. Гелием заполняют дирижабли. Гелий не огнеопасен. Растворимость гелия мало зависит от давления (в отличие от азота). Поэтому водолазов снабжают запасом «гелиевого воздуха» - смесь гелия с кислородом. Такой воздух легче обычного. Его используют также для лечения астмы, удуший, других легочных заболеваний.

Жидкий гелий является самой холодной жидкостью. Молекула этого газа одноатомна.

Так как впервые был обнаружен на Солнце, получил название в честь Солнца.


Н Е О Н № 10 Ne 2 8

20,183

Неон входит в семейство инертных (благородных) газов.



При обычных условиях – это газ, без цвета, запаха, плохо растворим в воде. Молекула одноатомна. Содержится в воздухе, 0,00182% по объему. Этот элемент открыл английский химик и физик У.Рамзай в 1897 году и назвал его неон, что значит новый. Этот газ отличается сравнительно высокой теплопроводностью и способностью к свечению при электрическом разряде красным светом. Это используют в световых рекламах. Получают этот газ перегонкой жидкого воздуха. Химически исключительно инертен. Неон используют в электротехнической промышленности. Неоновые лампы устанавливают на маяках и в различных приборах.

А Р Г О Н № 18 Аr 2 8 8

39,948

В 1892 году английский физик Д.Релей, исследуя плотность различных газов, обнаружил, что плотность азота, полученного из воздуха, и плотность азота, полученного из химических соединений, различаются. Чтобы объяснить эту аномалию, ученый обратился к своему соотечественнику – физику и химику У.Рамзаю. Обсудив информацию и повторив эксперименты, ученые пришли к выводу, что в атмосферном азоте содержится примесь неизвестного газа. Его удалось выделить. Новый газ назвали аргон, что с древнегреческого означает «недеятельный», потому что аргон действительно оказался неспособным вступать в химические реакции. В воздухе аргона содержится 0,934% по объему. Молекула аргона одноатомна. Это бесцветный газ. Отличается высокой электропроводностью, и светится при электрическом разряде синим светом. Аргон получают из воздуха. Аргон используют в электротехнической промышленности. Аргон используют для создания инертной атмосферы: в лабораторной практике, при электросварке, в электролампах.



Х Р О М № 24 Сr 2 8 13 1

51,996


Хром открыт в 1797 году известным французским химиком Л.Вокленом в минерале крокоите PbCrO4, который в то время называли сибирским красным свинцом. В земной коре хрома 0,0083% по массе. В природе он встречается в основном в виде хромистого железняка FeO,Cr2O3. Из этой руды выплавляют в основном не чистый хром, а феррохром – сплав железа с хромом. Феррохром содержит не менее 60% хрома. Добавка хрома к стали повышает ее стойкость к окислению и коррозии. Такая сталь сохраняет прочность при высоких температурах. Нержавеющая сталь обычно содержит 18% хрома и 8% никеля. Хром входит также в состав износостойких сталей, из которых делают инструменты, шарикоподшипники, пружины.

Хром – металл серо-стального цвета, обладает всеми свойствами типичного металла: имеет характерный металлический блеск, хорошо проводит тепло, электрический ток. Плавится он при температуре 1890*С. Хром – один из самых твердых металлов, важная легирующая добавка. Поскольку этот металл хорошо противостоит окислению и действию многих агрессивных веществ, прежде всего кислот, его в виде тонкой пленки методом электролитического осаждения наносят на поверхность других металлов, а иногда и пластмасс. Хромовые покрытия придают изделиям нарядный вид и предотвращают их износ. В соединениях хром проявляет степени окисления +2, +3, +6. Соединения двухвалентного хрома – сильные восстановители, а соединения шестивалентного хрома – сильные окислители. Соединения шестивалентного хрома (оксид, соли хромовой кислоты, соли дихромовой кислоты) используются в химической, кожевенной промышленности для дубления кож, в пиротехнике, полиграфии, в производстве красителей. Последнее не удивительно: многие соединения хрома ярко окрашены, и диапазон цветов довольно широк – от оранжевого до темно-зеленого. Не случайно греческое слово «хрома», от которого происходит название этого элемента, означает «краска, цвет».

М А Р Г А Н Е Ц № 25 Mn 2 8 13 2

54,938


Элемент, особенно важный для черной металлургии, был открыт в 1774 году шведским химиком К.Шееле. В чистом виде марганец впервые получил шведский химик Ю.Ган. Марганец достаточно распространенный элемент. В земной коре его содержится 0,1% от общей массы. В свободном состоянии марганец не встречается. Его основные руды: пиролюзит – МnО2, марганцевый шпат – карбонат марганца.

Марганец – серебристо-белый, твердый и хрупкий металл. На воздухе он покрывается тонкой защитной оксидной пленкой. При нагревании марганец взаимодействует с водой, галогенами, азотом и другими неметаллами. Он растворяется в разбавленных соляной и азотной кислотах, в горячей концентрированной серной кислотах. Марганец проявляет в соединениях различную степень окисления: +2, +3, +4, +6, +7.

Для черной металлургии марганец стал одним из наиболее важных элементов. В виде сплава с железом – ферромарганца – его применяют, чтобы удалить из жидкого чугуна большую часть вредных для металла серы и кислорода. В качестве легирующей добавки марганец входит в состав многих сталей, придавая им большую твердость. Сталь, богатая марганцем, отличается особой износостойкостью. Из нее делают рабочие части дробильных машин, железнодорожные рельсы. Также марганец входит в состав сплавов на основе магния: он повышает их стойкость против коррозии.

В незначительных количествах марганец находится в живых организмах. Как микроэлемент он играет важную роль в обмене веществ, влияет на процессы кроветворения. В практической деятельности широко используются некоторые соли марганца – «марганцовка».

Ж Е Л Е З О № 26 Fe 2 8 14 2

55,847


Железо можно назвать главным металлом нашего времени. Этот химический элемент изучен очень хорошо. Тем не менее ученые не знают, когда и кем открыто железо: слишком давно это было. Использовать железные изделия человек стал очень давно, еще в начале 1 тысячелетия до нашей эры. На смену бронзовому веку пришел железный. Металлургия железа на территории Европы и Азии начала развиваться еще в 9-7 веках до нашей эры.

Первое железо, попавшее в руки человека, было, вероятно, неземного происхождения. Ежегодно на нашу планету падает больше тысячи метеоритов, часть их – железные, состоящие в основном из никелистого железа. Самый большой из метеоритов весит около 60 тонн. Он найден в 1920 году в юго-западной части Африки. У «небесного» железа есть одна важная технологическая особенность: в нагретом виде он не поддается ковке, ковать можно лишь холодное метеоритное железо. Оружие из «небесного» железа долгие века оставалось чрезвычайно редким и драгоценным.

Железо обнаружено также на Луне, причем в лунном грунте оно присутствует в самородном, не окисленном состоянии, что объясняется отсутствием атмосферы.

На Земле железо тоже иногда встречается в самородном виде.

В древности железо ценилось очень высоко. В «Географии» древнегреческого ученого Страбона, написанной в самом начале нашей эры, сказано, что у африканских народов железо стоило в 10 раз дороже золота. Может быть, это справедливо, если считать главным критерием дороговизны не химическую стойкость и редкость, а значение для техники, для развития цивилизации. Главные причины того, что именно железо стало важнейшим металлом для техники и производства, заключаются в распространенности соединений этого металла и сравнительной простоте восстановления металла из них.

Основная масса железа находится в месторождениях, которые можно разрабатывать промышленным способом.

По запасам в земной коре железо занимает четвертое место среди всех элементов, после кислорода, кремния, алюминия. Намного больше железа в ядре планеты, которое, согласно предположениям ученых, состоит из никеля и железа. Но это железо недоступно и вряд ли станет доступным в обозримом будущем. Поэтому важнейшим источником железа остаются минералы, залегающие на поверхности Земли, а также на небольших глубинах. Это: магнетит Fe3O4, гематит Fe2O3, сидерит FeCO3. Они составляют основу главных железных руд – магнитного, бурого, красного и шпатового железняка. Больше всего железа в магнетите – 72,4%.

Железо – блестящий серебристо-белый металл, его легко обрабатывать: резать, ковать, прокатывать, штамповать, Ему можно придать большую прочность и твердость методами термического и механического воздействия (закалка, прокатка).

Рассказывая о свойствах железа, нужно оговаривать, о каком железе идет речь – о технически чистом железе или о железе высшей чистоты. Технически чистое железо называется низкоуглеродистой электротехнической сталью. В этом названии отражены и назначение материала, и характер главных примесей: углерода 0,02-0,04%, а кислорода, серы, азота, фосфора еще меньше. Оба материала обладают хорошими магнитными свойствами, оба хорошо свариваются. Однако, если технически чистое железо – металл средней химической активности, то высокочистое – почти инертно. Очень мала в нем и растворимость газов, особенно кислорода. Механические свойства высокочистого железа – невысокие, прочность – намного меньше, чем у любой стали или чугуна. В качестве конструкционного материала железо высшей чистоты непригодно. Однако, если в высокочистое железо ввести в определенном порядке легирующие добавки, оно может выдержать нагрузку до 600кг\см2 вместо обычных 17-21.

Железо в соединениях может проявлять разные степени окисления: +2, +3, +6, реже +1, +4 и даже 0 (в карбониле Fe(СО)5). Из соединений двухвалентного железа наиболее известны его оксид, сульфид, галогениды. Ионы двухвалентного железа образуются при растворении железа в разбавленных кислотах. А вот в концентрированных сильных кислотах – азотной и серной – железо не растворяется. Оно пассивируется из-за образования на поверхности металла тонкой оксидной пленки. Практически не растворяется железо и в щелочах.

Соли трехвалентного железа обычно получаются при окислении солей двухвалентного железа. При этом, если реакция проходит в растворе, цвет раствора меняется. Железная и железистая кислоты (H2FeO4, HFeO2) в свободном состоянии не получены, однако соли их ферраты и ферриты известны и изучены достаточно хорошо. Оксиды железа имеют практическое значение как важнейшее сырье металлургии, а гидроксиды практического значения не имеют.

Многие соединения железа практически важны. Хлорид железа 3 используется как коагулянт при очистке воды, как катализатор в органическом синтезе.

Для нормальной жизнедеятельности человеку необходимы железосодержащие органические соединения. Железо входит в состав гемоглобина, который осуществляет перенос кислорода от органов дыхания к другим органам. Железо в нашем организме есть и в миоглобине – белке, запасающем кислород в мышцах. Есть также железосодержащие ферменты. Есть белковый комплекс фарритин, из которого образуются все другие необходимые организму железосодержащие вещества.

К О Б А Л Ь Т №27 Со 2 8 15 2

58,933

Этот тяжелый, серебристый, с розоватым оттенком металл получил свое наименование от названия мифических коварных гномов – кобольдов, недругов средневековых рудокопов и металлургов. Руды, похожие на серебряные, не давали серебра; более того, при обжиге таких руд выделялся ядовитый дым. Вот в такой руде и был обнаружен шведским ученым Г.Брандтом в 1735 году новый химический элемент – кобальт.



Ученый установил, что из этого металла можно приготовить красивую синюю краску для стекла. Краски на основе оксида кобальта применяются и сейчас.

Кобальт – элемент достаточно редкий. В природе он встречается чаще всего в соединениях с серой и мышьяком. Важнейшие минералы: кобальтовый колчедан (FeCo)S2, кобальтовый блеск СоАsS, скуттерудит СоАs3.

По химическим свойствам кобальт похож на железо, но он менее активен. При обычной температуре воздух и вода на металл не действуют. При нагревании кобальт взаимодействует с неметаллами, кроме азота, а при обычной температуре – с галогенами. В разбавленных серной, азотной, соляной кислотах кобальт растворяется медленно. Концентрированная азотная кислота пассивирует кобальт. Больше 75% выплавляемого в наши дни кобальта идет на производство специальных сталей и сплавов. Но в сталь кобальт нужно добавлять вместе с хромом. Если в сталь вводить один кобальт, сталь будет хрупкой и плохо закаливается. Широко применяются жаропрочные стали на кобальтовой основе, необходимые оборонной и ракетной технике. Важны также кобальтовые сплавы с особыми магнитными свойствами. Кобальт – ферромагнетик, ферромагнитны и его сплавы.

Кобальт входит в число жизненно важных элементов, на его долю приходится 4,5% массы известного витамина В12.


Н И К Е Л Ь №28 Ni 2 8 16 2

58,71

Как самостоятельный химический элемент никель открыт в 1751 году шведским химиком и минералогом А.Кронштедтом. Никель получил свое название от прозвища гнома из горняцких преданий – Старого Ника, который любил вводить горняков в заблуждение, подсовывая им вместо полноценной медной руды похожий на нее минерал – из него металлурги средневековья не могли ничего выплавить. Свойства металлического никеля были тщательно изучены лишь в начале 19 века известным немецким технологом и химиком И.Рихтером.



Никеля в земной коре содержится 0,0058% от общей массы. Как и кобальт, никель встречается в основном в соединениях с мышьяком и серой. Главные его минералы: никелин (купферникель) – NiAs, миллерит – NiS, пентландит – (NiFe)9S, герсфордит – (никелевый блеск) NiAsS. Для современной промышленности особенно важны сульфидные медно-никелевые руды, в которых содержание никеля обычно колеблется от 0,3 до 4%.

Чистый никель – металл серебристо-белого цвета, хорошо поддается ковке, полируется. Как и железо, никель притягивается магнитом. По химическим свойствам никель – очень близкий аналог своих соседей по 8 группе – железа и кобальта. Никель устойчив на воздухе и в воде, в некоторых кислотах, так как на его поверхности образуется устойчивая защитная пленка. Металл легко растворяется в разбавленной азотной кислоте. При нагревании никель взаимодействует со всеми галогенами и с серой. В соединениях никель проявляет степень окисления +2.

Об одном соединении никеля следует упомянуть особо. Это карбонил – Ni(CO)4. Это соединение жидкое и летучее, как эфир. Оно нестойко, ядовито, но очень важно для практики, так как при нагревании разлагается с выделением никеля очень высокой чистоты.

Никель применяется во многих отраслях народного хозяйства. Для химической промышленности никель очень важен как катализатор. В авиационной и космической технике применяются сплавы на основе никеля. Добавка никеля в сталь увеличивает ее химическую стойкость и улучшает механические свойства. Чтобы предохранить изделия от коррозии, их никелируют. Широко применяют медно-никелевый сплав, названный монель-металлом по имени А.Монеля, президента канадской компании, в которой был разработан этот сплав. Он стоек к агрессивным средам, пластичен, высокопрочен.

Никель заменил серебро в производстве монет. Наши «серебряные» монеты в действительности изготовлены из нейзильбера – сплава никеля, меди, цинка.

М Е Д Ь № 29 С u 2 8 18 1

63,546

Медь входит более чем в 170 минералов, из которых для промышленности важны лишь 17. Для производства меди наибольшее значение имеют халькопирит (он же медный колчедан) СuFeS2, халькозин (медный блеск) Cu2S, ковеллин CuS, борнит (пестрая медная руда) Cu5FeS4. Иногда встречается и самородная медь. Содержание меди в земной коре 0,0047% по массе.



Чистая медь – тягучий, вязкий металл красного, в изломе розового цвета, в очень тонких слоях на просвет медь выглядит зеленовато-голубой. Эти же цвета характерны и для многих соединений меди, как в твердом состоянии, так и в растворах. В соединениях медь обычно проявляет степени окисления +1, +2. Известны также немногочисленные соединения трехвалентной меди.

Со временем изделия из меди и ее сплавов в присутствии влаги покрываются темно-зеленой пленкой основного карбоната Cu2(OH)2CO3. Та же формула у малахита – красивого поделочного камня и важного минерала меди.

Медь – металл сравнительно мало активный. В сухом воздухе и кислороде при нормальных условиях медь не окисляется. Она достаточно легко вступает в реакции с галогенами, серой, селеном. А вот с водородом, углеродом, азотом медь не реагирует даже при высоких температурах. Кислоты, не обладающие окислительными свойствами, на медь не действуют.

Медь – один из семи «доисторических» металлов, известных с глубокой древности. Каменные глыбы пирамиды Хеопса были обработаны медным инструментом. Целый период истории человечества был назван медным веком.

Современные бронзы не всегда содержат олово, его место в сплавах на основе меди занимают алюминий, кремний, свинец, бериллий и другие металлы. Бронзы потеснили медь главным образом из-за большой твердости и прочности. Очень важны сплавы меди с цинком – латуни. Достаточно широко используются и медно-никелевые сплавы, иногда в эти сплавы входит и кобальт.

Особенно важна медь для электротехники. По электропроводности медь занимает второе место среди всех металлов после серебра. Сегодня медь, как и все цветные металлы, становится все дефицитнее.

Как и некоторые другие металлы, медь входит в число жизненно важных микроэлементов. Она участвует в процессе фотосинтеза и усвоении растениями азота, способствует синтезу сахара, белков, крахмала, витаминов. Чаще всего медь вносят в почву в виде пятиводного сульфата – медного купороса. В значительных количествах он ядовит, как и многие другие соединения меди, особенно для низших организмов. В малых дозах медь необходима всему живому.

Ц И Н К №30 Zn 2 8 18 2

65,37

Цинковые руды были известны людям с глубокой древности. Во 2 веке нашей эры люди уже умели выплавлять латунь – сплав цинка с медью. Есть основания полагать, что еще в 12 веке в Индии существовало производство металлического цинка, но в Европе оно появилось намного позже. Саксонский металлург Генкель составил описание цинка как металла, а также описал некоторые его минералы и соединения. Это было в 1721 году. А в 1746 году немецкий химик А.Маргграф разработал способы получения цинка.



Цинк относится к числу элементов средней распространенности. В земной коре цинка содержится 0,0083% от общей массы. Главный минерал - цинковая обманка ZnS, или сфалерит. Другие минералы цинка – смитсонит ZnCO3, цинкит ZnO – образовались, как полагают, из цинковой обманки. Обычно соединения цинка входят в состав полиметаллических руд.

Чистый цинк – блестящий серебристый металл с голубоватым оттенком. Химическая активность его высока – на воздухе цинк всегда покрывается пленкой, причем по составу она обычно не оксидная, а состоит из карбоната цинка и гидроксида цинка.

Защитная пленка того же состава образуется во влажном воздухе на оцинкованном железе, которым часто покрыты крыши домов. Как нетрудно догадаться, в реакции участвуют и кислород воздуха, и пары воды, и углекислый газ.

На защиту от коррозии металлических конструкций и кровельных материалов расходуется почти половина производимого в мире цинка. Много цинка идет на производство латуней и других сплавов. Из многочисленных соединений цинка особенно важны 2. Оксид цинка – основа цинковых белил, компонент молочного стекла и известной цинковой мази, применяемой при кожных заболеваниях. Кристаллическим сульфидом цинка, способным светиться под действием электронного луча, покрывают экраны телевизоров, осциллографов.


Г А Л Л И Й №31 Ga 2 8 18 3

69,72

Галлия – старинное название Франции. В ее честь и назван элемент, открытие которого зафиксировано с точностью до часа. Это произошло в 1875 году. Открыл элемент французский химик Лекок де Буабодран. Пятью годами раньше этот элемент предсказал Д.И.Менделеев, который называл его экаалюминий.



Галлия на Земле не так уж мало – 0,0015% от массы земной коры. Но этот элемент очень рассеян и не образует скоплений собственных минералов.

Галлий – серебристо-белый металл, весьма легкоплавкий. Он переходит в жидкое состояние при температуре 29,8*С. Зато температура кипения его очень высока 2230*С. Таким образом, галлий как жидкость существует в очень большом температурном интервале, поэтому его применяют в термометрах для измерения высоких температур.

В воде и на воздухе галлий устойчив, окисляется он при температуре 260*С. Этот металл непосредственно реагирует с галогенами, серой, фосфором, растворяется в кислотах и щелочах.

Галлий входит в состав важных полупроводниковых, а также легкоплавких сплавов, которые применяют в сигнальной технике, в ювелирном деле.

Г Е Р М А Н И Й № 32 Ge 2 8 18 4

72,59


Германий открыт в 1886 году немецким ученым К.Винклером и назван в честь Германии. Германий есть не что иное, как Экасилиций, предсказанный Д.И.Менделеевым. Германий относится к элементам средней распространенности, около 0,0007% от массы земной коры, но он обычно рассеян по рудам и минералам других элементов.

Чистый германий – твердое вещество серо-белого цвета с металлическим блеском.

При комнатной температуре он устойчив к действию воздуха, воды, серной и соляной кислот. Лишь при нагревании взаимодействует с азотной и концентрированной серной кислотой. В соединениях германий обычно четырехвалентен. Будучи аналогом углерода и кремния, германий в некоторых соединениях образует цепи. Примером таких соединений являются гидриды германия – чрезвычайно реакционноспособные соединения. Например, Ge8H18. Известны и германийорганические соединения, первое из них – тетраэтилгерманий – получено еще Винклером.

В течение долгого времени германий не имел практического применения. «Звездный час» германия наступил в середине 20 века, когда были установлены его уникальные полупроводниковые свойства. Электропроводность германия сильно зависит от температуры и от чистоты вещества. Сегодня германий извлекают главным образом из отходов переработки цинковых руд.

М Ы Ш Ь Я К № 33 As 2 8 18 5

74,9216


Мышьяк относится к числу элементов, точная дата открытия которых не установлена. Считают, что первым свободный мышьяк получил немецкий алхимик Альберт Больштедтский в середине 13 века.

В природе этот элемент встречается в соединениях с металлами и серой. Самый распространенный минерал – мышьяковый колчедан FeAsS. Всего в земной коре по массе содержится 0,00017% мышьяка.

1   2   3   4   5   6   7


База данных защищена авторским правом ©zubstom.ru 2015
обратиться к администрации

    Главная страница