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»



страница6/7
Дата29.06.2015
Размер1,07 Mb.
1   2   3   4   5   6   7

Большая часть производимого в мире вольфрама используется в металлургии для легирования инструментальных и некоторых других видов сталей. Изделия из сплавов вольфрама обычно изготовляют методами порошковой металлургии. В любой электролампочке светит раскаленный вольфрамовый волосок. Но для целей электротехники вольфрама идет сравнительно немного. 1 кг вольфрама достаточно для изготовления 20000 ламп. Карбид вольфрама WC близок по твердости к алмазу, износоустойчив, тугоплавок. Сплав вольфрама, никеля и меди служит для изготовления контейнеров, где хранят радиоактивные отходы. Защитное действие этого сплава значительно выше, чем у свинца. Добавка вольфрама к стали увеличивает ее твердость, эластичность и прочность. Вместе с хромом он придает стали свойство сохранять твердость при очень высоких температурах, поэтому такие сорта стали применяются для изготовления резцов к токарным станкам, работающим на больших оборотах (быстрорежущих).

Р Е Н И Й № 75 Re 2 8 18 32 13 2

186,21
Открытие этого элемента датируется июнем 1925 года и связано с именами немецких ученых В.иИ.Ноддак и О.Берга. На основе периодической системы они детально предсказали основные свойства элемента №75 и минералы, в которых его следует его искать. Рентгеноспектральный анализ помог ученым доказать присутствие этого элемента в платиновых рудах. Его назвали рением в честь реки Рейн. Рений не только один из самых редких элементов, но к тому же крайне рассеянный, поэтому только в 1928 году ученые получили первые миллиграммы нового элемента из молибденита – самого богатого рением минерала. Чистый рений – серебристый металл.

Рений плавится при 3180*С и уступает по тугоплавкости только вольфраму. Он стоек к коррозии, жаропрочен. Изделия из рения и его сплавов сохраняют свои свойства и форму при самых трудных условиях эксплуатации. Их применяют в атомной, авиационной и космической технике. Элемент №75 стал незаменимым в приборостроении, электронной и электротехнической промышленности. Его используют также как катализатор в нефтехимической промышленности. Сплавы, содержащие рений, используют для изготовления наконечников перьев авторучек.

З О Л О Т О № 79 Аu 2 8 18 32 18 1

196,967
Золото – элемент редкий, его содержание в земной коре составляет всего 0,00000043% по массе. В природе золото встречается почти всегда в чистом виде: в самородках или в виде мелких зерен и чешуек, вкрапленных в твердые породы или рассредоточенных в золотоносных песках. В наши дни основным источником золота служат руды, в которых на тонну пустой породы приходятся считанные граммы драгоценного металла. Важнейшим промышленным способом извлечения золота из руд стало цианирование: измельченную породу обрабатывают раствором цианида натрия, и золото переходит в раствор в виде комплексного соединения.

Золото добывают и попутно – при переработке полиметаллических и медных руд. Есть золото и в морской воде – в крайне малых концентрациях.

В представлении алхимиков золото считалось «царем металлов». Причиной тому, очевидно, его внешний эффектный вид, неизменный блеск и устойчивость к действию подавляющего большинства реагентов. Золото даже при нагревании не реагирует с кислородом, водородом, углеродом, азотом, щелочами и большинством кислот. Растворяется золото лишь в хлорной воде, смеси соляной и азотной кислот (царской водке), в растворах цианидов щелочных металлов, а также в ртути.

Большинство соединений золота непрочны и легко восстанавливаются до металла.

Золото – металл ювелиров и банковских кладовых, но этот металл интересен также для инженеров и химиков.

В ювелирных и технических изделиях применяют не чистое золото, а его сплавы, чаще всего с медью и серебром. Чистое золото – металл слишком мягкий, ноготь оставляет на нем след, износостойкость его невысока. Проба, стоящая на золотых изделиях отечественного производства, означает содержание золота в сплаве из расчета на тысячу его весовых частей. Проба 583, например, означает, что в этом сплаве 58,3% золота.

Красивый внешний вид и химическая стойкость золота стали главными причинами золочения других металлов и неметаллических материалов.

Р Т У Т Ь № 80 Нg 2 8 18 32 18 2

200,59
Ртуть – элемент редкий и рассеянный, его содержание в земной коре примерно 0,0000045% по массе. Тем не менее ртуть известна людям с глубокой древности. Скорее всего, человек познакомился с ртутью, выделив ее при нагревании главного минерала ртути – ярко-красной киновари НgS. Иногда встречается в природе и самородная ртуть, образовавшаяся, по-видимому, из той же киновари.

Ртуть – тяжелый металл серебристо-белого цвета, единственный металл , жидкий при обычных условиях. Затвердевает ртуть при -38,9*С, закипает при +357,25*С. При нагревании ртуть довольно сильно расширяется, плохо проводит электрический ток и тепло – хуже серебра в 50 раз. Многие металлы хорошо растворяются в ртути с образованием амальгамы.

Как и благородные металлы, ртуть на воздухе не изменяется – не окисляется кислородом, не реагирует с другими компонентами атмосферы. Реакция с кислородом идет при температуре, близкой к температуре кипения ртути, причем многие примеси, например аналог ртути по подгруппе – цинк, заметно ускоряют окисление. С галогенами ртуть реагирует легче, чем с кислородом. Взаимодействует с азотной кислотой, а при нагревании и с серной. В соединениях ртуть всегда двухвалентна. Известны, правда, соединения одновалентной ртути – оксид ртути 1 и каломель (хлорид ртути 1).

Соединения ртути весьма ядовиты. Работа с ними требует особой осторожности, как и работа с самой ртутью.

В промышленности ртуть используется очень широко и разнообразно. Каждый из нас держал ртутный термометр. Ртуть работает и в других приборах – барометрах, ареометрах, расходомерах. Важны ртутные катоды в производстве хлора и едкого натра, щелочных и щелочноземельных металлов. Известны ртутные выпрямители переменного тока, ртутные лампы.

Пары ртути очень ядовиты. Ртуть не выводится из организма человека, накапливается.

Некоторые соединения ртути используются как катализаторы в химической промышленности (например, сульфат ртути применяется при гидратации ацетилена).

Т А Л Л И Й № 81 Тl 2 8 18 32 18 3

204,37
Этот элемент расположен в периодической системе между ртутью и свинцом, но н несравненно менее популярен, чем его соседи. На то есть причины: таллий элемент рассеянный, хотя и не очень редкий, в земной коре его больше, чем золота, серебра или ртути. Открыт таллий сравнительно недавно – в 1861 году. Изучая отходы сернокислотных заводов методом спектрального анализа, английский ученый У.Крукс обнаружил след нового элемента – ярко-зеленую спектральную линию. Крукс произвел название нового элемента от греческого слова «таллос», что означает «зеленая ветка», так как ярко-зеленая линия в спектре напоминала по цвету молодую листву.

По физическим свойствам мягкий серебристо-белый таллий больше всего похож на свинец, а по химическим свойствам – сходен с металлами 1 группы. Вступая в реакции, таллий проявляет степень окисления чаще +1, нежели +3. Гидроксид одновалентного таллия, подобно соединениям калия и натрия, хорошо растворяется в воде и проявляет свойства сильного основания. Таллий растворим в кислотах и не растворим в щелочах. Он активно взаимодействует с галогенами. Галогениды одновалентного таллия, подобно галогенидам серебра, нерастворимы в воде и отличаются светочувствительностью.

На практике таллий и его соединения применяются весьма ограниченно. Сплавы таллия с оловом и свинцом применяются в химической промышленности, а при добавлении к ним сурьмы получаются очень хорошие материалы для изготовления подшипников. На эти сплавы не действуют кислоты. Амальгама таллия (8,5% таллия) используется в термометрах, жидкостных затворах и переключателях, работающих на Крайнем Севере. Таллий повышает чувствительность фотоэлементов к инфракрасному излучению, исходящему от нагретых предметов.

Таллий и его соединения ядовиты, вызывают выпадение волос.

С В И Н Е Ц № 82 Р b 2 8 18 32 18 4

207,19
Вместе с золотом, серебром, медью, оловом, ртутью, железом свинец входит в число 7 металлов, известных людям с незапамятных времен. Это синевато-серый мягкий и тяжелый металл, один из важнейших цветных металлов. Содержание свинца в земной коре 0,0016% по массе. Самородный свинец встречается крайне редко. Он входит в состав около 80 минералов. Чаще всего свинец встречается в виде сульфида РbS. Этот хрупкий блестящий минерал серого цвета называют галенитом, или свинцовым блеском.

Плавится свинец при 327,4*С, а кипит при 1725*С. Свинец пластичный, мягкий металл, он режется ножом, царапается ногтем.

Изделия из свинца обычно тусклы, так как на воздухе он быстро покрывается тонкой оксидной пленкой – оксидом свинца 2. Разбавленная соляная и серная кислоты на свинец почти не действуют, но он растворяется в концентрированных серной и азотной кислотах. В соединениях этот металл обычно проявляет степень окисления +2 и +4. Более устойчивы и характерны соединения со степенью окисления +2.

Легкоплавкий, удобный в переработке, свинец широко применяется в наши дни. Свинцовые аккумуляторы, свинцовая оболочка кабеля, кислотостойкая, изнутри покрытая свинцом аппаратура химических производств. Свинец хорошо поглощает рентгеновское и радиоактивное излучение, и его используют для защиты от излучения. Роль свинца в ядерной физике не ограничивается радиационной защитой: последовательные превращения элементов в радиоактивных рядах приводят к образованию изотопов свинца.

Не утратили значения краски на основе соединений свинца. Свинцовые белила – это смешанная с олифой свинцовая соль, состав которой обычно выражают формулой

2РbСО3.Рb(ОН)2. Одна из самых важных красных красок – сурик Рb3О4.

Ядовитый, но пока еще распространенный антидетонатор для моторных топлив – тетраэтилсвинец Рb(С2Н5)4. Азид свинца Рb(N3)2 – одно из самых важных инициирующих взрывчатых веществ. Оксид свинца 2 обязательно входит в состав шихты для варки хрусталя.

Соединения свинца, как и других тяжелых металлов, токсичны, однако некоторые из них (в соответствующих дозах) используются в качестве лекарств. Например, свинцовая примочка, которая используется при ушибах. При некоторых заболеваниях кожи назначают свинцовый пластырь, в котором антисептиком служит оксид свинца 4.

В И С М У Т № 83 Вi 2 8 18 32 18 5

208,98
Висмут – своеобразный рубежный элемент: ни у одного из элементов, стоящих в таблице Менделеева после него, нет стабильных изотопов.

Висмут – редкий металл. На его долю приходится 0,00002% от массы земной коры. В природе встречается в основном в виде соединений – висмутового блеска Bi2S3, висмутовой охры Bi2O3.

Название элемента происходит, видимо, от древнегерманского «белая масса». В действительности, висмут – серебристо-белый с едва заметным розоватым оттенком. Висмут тяжел, легкоплавок, хрупок. Проводит тепло хуже, чем другие металлы, исключая ртуть.

Легкоплавкие сплавы висмута, которые плавятся при температуре 70 *С, применяются в автоматических огнетушителях. Висмут также находит применение в химической промышленности, электронике, ядерной технике. Соединения висмута не токсичны, обладают антисептическими свойствами, поэтому их используют для приготовления лекарств. В химических соединения самая распространенная степень окисления висмута +3, но в разных условиях он может приобретать и иные степени окисления от +1 до +5. Металлический висмут используют как добавку к легкоплавким сплавам. Соединения висмута используются в силикатной промышленности. Оксид висмута вместе с оксидом свинца используется для изготовления оптического стекла, а основной нитрат висмута используется для окраски фарфора.

Открыл висмут Агрикола в 1529 году (Германия).

П О Л О Н И Й № 84 Ро 2 8 18 32 18 6

[209]

Полоний стал первым новым элементом, выделенным из урановых руд. Об этом открытии П.Кюри и М.Склодовская-Кюри сообщили 18 июля 1898 года на заседании Парижской академии наук. Элемент назвали в честь Польши – родины М.Склодовской-Кюри.



В природе полоний встречается в чрезвычайно малых количествах – 0,000000000000002% от массы земной коры, его примерно в 5000 раз меньше, чем радия. Весь земной полоний – радиогенный, порожденный радиоактивным распадом долгоживущих ядер урана и тория.

Все изотопы полония короткоживущи. Период полураспада самого устойчивого из них искусственного полония с массой 209 – 103 года. Изучать свойства полония пришлось на ничтожных количествах. Металлический полоний впервые удалось приготовить только в 1946 году. В наши дни полоний получают путем ядерного синтеза из изотопов висмута.

В свободном виде полоний – мягкий серебристо-белый металл. В химических соединениях полоний проявляет степени окисления -2, +2, +4, +6.

Полоний с массой 210 применяют в изотопных источниках тока. Такие источники тока работают на борту «Лунохода-2» и некоторых искусственных спутников Земли.

Хотя работа с полонием сложна, химики хорошо изучили его свойства. Полоний похож на своих аналогов – теллур и селен. В то же время он проявляет некоторое сходство с висмутом и свинцом. Многие свойства полония (под названием «двителлур») правильно предсказал в 1870 году Д.И.Менделеев.

А С Т А Т № 85 Аt 2 8 18 32 18 7

[ 210]
Астат – искусственный элемент. Его синтез провели в 1940 году американские ученые Т.Корсон, У.Маккензи, Э.Сегре в результате ядерной реакции висмута. Все известные изотопы астата короткоживущи – период полураспада самого стабильного из них с массой 210 всего 8,3 часа. Отсюда и название элемента: от греческого слова «астатос» - «неустойчивый, нестабильный». Поэтому астат нельзя накопить в значительных весовых количествах и очень трудно выделить в свободном состоянии.

Все сведения о свойствах астата были получены при работе с очень малыми количествами соединений этого элемента. Химия астата оказалась очень разнообразной и интересной. Он похож на йод, но имеет более металлический характер и обнаруживает сходство с полонием.

Астат проявляет свойства и неметалла (галогена) и металла. Такое сочетание свойств обусловлено положением астата в периодической системе: он является наиболее тяжелым и, следовательно, наиболее «металлическим» элементом группы галогенов.

С помощью тщательных радиометрических измерений удалось доказать существование природного астата.

Практическое применение астата пока ограничено лишь сравнительно узкой областью радиохимических исследований.

Астат образуется в результате редкого процесса бета-распада изотопа полония с массой 218 (обычно ядра этого изотопа, распадаясь, испускают альфа-частицы).


Р А Д О Н № 86 Rn 2 8 18 32 18 8

[ 222 ]
Радон – единственный газообразный радиоактивный химический элемент. В природе радон представлен тремя изотопами: радон 220, радон 222, радон 219, которые принадлежат разным радиоактивным семействам – ториевому, урановому и актиноурановому. До сих пор иногда употребляются их самостоятельные названия: торон, радон, актинон.

В 1899 году английские ученые Э.Резерфорд и Р.Оуэнс обнаружили первый из изотопов радона – торон. Эта дата и считается временем открытия самого тяжелого инертного газа. Несколько позже были открыты другие изотопы этого элемента. Самый долгоживущий изотоп радона имеет массу 222.

Радон – элемент очень редкий. Это газ чаще встречается там, где много радиоактивных руд. Радон химически активнее других инертных газов – своих аналогов по подгруппе. Но развитию его химии препятствует чрезвычайная редкость этого элемента, малые периоды полураспада его изотопов, а также его высокая радиоактивность.

На практике радон применяется довольно широко, прежде всего для изучения физико-химических свойств твердых тел. Радон «работает» также в источниках нейтронов, его применяют в медицине (радоновые ванны). Известен метод прогноза землетрясений по изменению концентрации радона в подземных водах.

Название радону дано от названия элемента радия, продуктом радиоактивного распада которого и был получен радон.

Радон относится к семейству инертных (благородных) газов. Сегодня понятие «инертные» утратило свой смысл, так как получено много соединений этих элементов, в том числе и соединений радона.

Инертный газ радон отличается сравнительно высокой электропроводностью и светится при электрическом разряде ярко-белым светом.

Для получения радона какую-нибудь соль радия оставляют в растворе на 4 недели. За это время устанавливается равновесие между радием и радоном, который можно отделить кипячением или откачиванием в вакууме.

Радон используют в радиотерапии при лечении злокачественных опухолей.

Ф Р А Н Ц И Й № 87 Fr 2 8 18 32 18 8 1

[ 223 ]
Часто этот элемент относят к синтезированным элементам, хотя первоначально он был обнаружен в природе (в 1939 году). Автор открытия Франция – французская исследовательница М.Перей. Она доказала, что актиний в очень редких случаях распадается, испуская альфа-частицу (обычно испускает бета-частицу). Продуктом альфа-распада актиния и оказался Франций.

Все его изотопы короткоживущи. У самого долгоживущего изотопа Франция с массой 223 период полураспада всего около 22 минут. Это один из редчайших элементов. Чтобы изучить его свойства, ученым пришлось работать с ничтожными количествами элемента.

Франций оказался типичным щелочным металлом, притом самым активным из всех металлов. Только в начале 50-х годов Франций удалось приготовить искусственно – в результате облучения тория потоком быстрых протонов.

Р А Д И Й № 88 Ra 2 8 18 32 18 8 2

226,025

Изучая лучи, испускаемые ураном, французские ученые П.Кюри и М.Склодовская-Кюри обнаружили, что некоторые урановые минералы более активны, чем сам металл или его соединения. Возникло предположение: в минералах содержатся еще неизвестные радиоактивные элементы. Этому предположению суждено было дважды подтвердиться в 1898 году. 18 июля супруги Кюри сообщили об открытии полония, а 26 декабря стало днем рождения радия – одного из самых замечательных элементов в истории человечества.



Супруги Кюри считали радий аналогом бария. Радий обладает естественной радиоактивностью. Из одной тонны урановой смолки (богатой радием руды) можно извлечь лишь 400 мг радия. Зато на фоне своих радиоактивных соседей по периодической системе радий выделяется большей распространенностью. Это объясняется его сравнительно большим периодом полураспада – около 1620 лет. Как продукт распада урана радий может накапливаться довольно в больших количествах.

Изучение этого элемента имело большое значение для науки. На примере радия было доказано естественное превращение одного химического элемента в другой. Испуская альфа-частицу, атом радия превращается в атом радона. Эта первая ядерная реакция позволила Э.Резерфорду и Ф.Содди разработать теорию радиоактивных превращений. И кроме того, оказалось, что радий непрерывно выделяет тепловую энергию (1 г радия выделяет в течение часа более 400 Дж). Работа с радиевыми препаратами положила начало новой науке – радиохимии.

Радий первым из радиоактивных элементов стали применять в практических целях, главным образом в медицине – для лечения опухолей и других заболеваний. Соли радия включали в состав светящихся красок. Позднее нашли широкое применение радий-бериллиевые источники нейтронов.

П.Кюри и М.Склодовская-Кюри обнаружили новое вещество по его излучению. Поистине символично название элемента, происходящего от латинского слова «радиус» - «луч». Открытие «лучистого» элемента стало предвестником будущей атомной эры.


Р Е Д К О З Е М Е Л Ь Н Ы Е Э Л Е М Е Н Т Ы

( Л А Н Т А Н О И Д Ы, СКАНДИЙ, ИТТРИЙ )

Это исторически сложившееся название 15 химических элементов: лантана №57 и

14 лантаноидов (с №58 по №71), расположенных в шестом периоде таблицы Менделеева. К РЗЭ относят также скандий №21 и иттрий №39, история открытия и изучения которых тесно связана с историей РЗЭ.

В природе редкоземельные элементы обычно сопутствуют друг другу. В 19 – начале 20 веков провозглашались открытия более 100 новых РЗЭ, но большинство этих открытий оказались ошибочными. И никто не мог с достоверностью сказать, сколько же РЗЭ существует на самом деле. Это была первая их загадка.

Вторая состояла в удивительном химическом сходстве РЗЭ. Известны случаи, когда для того, чтобы отделить один РЗЭ от другого, требовались годы напряженной работы и многие тысячи однообразных химических операций разделения. Почему РЗЭ так сходны? Этого тоже никто не мог объяснить.

И, наконец, третья загадка: как разместить РЗЭ в периодической системе химических элементов, тем более что все они в соединениях, как правило, трехвалентны?

Разгадать эти загадки выпало физикам, но и химики сделали все, что было в их возможностях. Во всяком случае, они правильно расположили РЗЭ в ряд (по увеличению их атомных масс) и ориентировочно оценили количество этих элементов.

История РЗЭ началась в 1794 году, когда финский химик Ю.Гадолин выделил иттриевую «землю» - оксид иттрия. Важно заметить, что ни один из РЗЭ не был получен сразу в виде металла, а все они первоначально выделялись в виде «земель» - оксидов. «Иттриевая земля» Гадолина, так же как и «Цериевая земля», открытая в 1803 году Й.Берцелиусом, В.Хизингером и М.Клапротом, не были индивидуальными химическими соединениями, а представляли смесь нескольких оксидов РЗЭ. Из последовательного разделения таких смесей на составляющие состоит, по существу, вся история открытия РЗЭ. А разделить очень близкие по свойствам РЗЭ чрезвычайно трудно.

Во многих названиях РЗЭ отразилась история открытия этих элементов. Так, название «иттербий» дано в честь Иттербю – маленькой шведской деревушки, где был найден первый редкоземельный минерал. Гадолиний назван в честь Гадолина. «Диспрозий» по-гречески означает «труднодоступный». Название «самарий» происходит от минерала самарскита, из которого был выделен этот элемент. «Лантан» по-гречески означает «скрытый». Дидим («близнец») долгое время признавался самостоятельным элементом, но, как оказалось он является смесью неодима («новый близнец») и празеодима («зеленый близнец» - по цвету его солей). Несколько названий носят географический характер: скандий – в честь Скандинавии, гольмий – от Гольмиа – старого названия Стокгольма, лютеций – от старого романского названия Парижа, тулий назван в честь легендарной страны Туле (будто бы расположенной на краю Земли), одно название астрономическое – церий назван в честь астероида Церера. Между неодимом и самарием в периодической системе был некоторое время «пробел». Затем искусственно синтезировали элемент и назвали его прометий – от имени мифологического героя Прометея. Существование этого элемента было установлено на основании закона Мозли. Н.Бор на основе своей теории построения электронных оболочек атомов доказал, что последним РЗЭ является лютеций №71. Так разрешилась первая загадка РЗЭ – окончательно выяснилось их точное количество. Бор разгадал и вторую загадку: в атомах лантаноидов заполняется четырнадцатью 4f – электронами глубинная оболочка, ранее остававшаяся недостроенной. Будучи третьей снаружи, она почти не влияет на химические свойства, а потому лантаноиды очень похожи на лантан и имеют много общего с иттрием и скандием.. Ведь эти два элемента являются аналогами лантана в периодической системе, а по величинам своих атомных радиусов они оказываются внутри ряда лантаноидов. И только третья загадка продолжает время от времени еще волновать ученых, вызывая споры о том, где размещать лантаноиды в периодической системе. Общепринятый вариант их размещения (в одной клетке с лантаном), пожалуй, наиболее удачный.

Долгое время практическое применение этих элементов было весьма ограниченным. Положение изменилось в 60-70-х годах 20 века. Ныне диапазон использования РЗЭ очень широк. Чистые редкоземельные металлы (а многие из них удалось получить только после второй мировой войны) обладают весьма интересными специфическими свойствами и при этом заметно отличаются друг от друга. Это очевидный парадокс в истории РЗЭ, которые считались уныло однообразными из-за своего химического подобия в трехвалентном состоянии. В действительности однообразие обернулось не менее удивительным многообразием.

1   2   3   4   5   6   7


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

    Главная страница