Путешествие № 4 по зоопарку элементов
Сера, хлор, аргон, калий, кальций
Сера (S)
Сера находится в клетке № 16. Простое вещество сера жёлтого цвета, в природе может встречаться в виде красивых кристаллов. Они очень хрупкие и легко истираются в порошок. Месторождения самородной серы часто обнаруживают на склонах вулканов.
Сера горит голубым пламенем, но образующийся при этом сернистый газ ядовит и отвратительно пахнет. Не случайно в аду грешников мучают именно серой. Когда-то жрецы использовали серу в составе священных курений. Окуривают помещения горящей серой и в наши дни: ядовитый сернистый газ обеззараживает склады, трюмы и подвалы.
Порошком серы посыпают растения для борьбы с клещами и грибковыми заболеваниями (мучнистой росой и др.). В аптеке продают порошок серы и мази на её основе для лечения кожных заболеваний, а в зоомагазине — серу для подкормки домашних животных, чтобы улучшить состояние их шерсти и кожи.
Ещё в IX веке даосским монахам был известен чёрный порох — взрывчатая смесь серы, селитры и порошка древесного угля. Постепенно китайцы научились делать пороховое оружие, вплоть до ружей и пушек.
Одно из самых популярных соединений серы — серная кислота H2SO4. Вряд ли вы встречали её в быту, разве что видели, как её раствор заливают в свинцовый автомобильный аккумулятор. Но для химической промышленности серная кислота — важнейший продукт. Она нужна для обработки металлов, производства химических волокон, красителей, взрывчатых веществ, минеральных удобрений и др.
Обращаться с серой надо очень осторожно. Тонкоизмельчённая сера может сама собой загореться в присутствии влаги или в смеси с углём. Хорошо самовозгорается сера при контакте с обычной хлоркой. Сера содержится в головках обычных спичек.
В теле среднего пятидесятикилограммового школьника примерно 100 граммов серы.
Хлор (Cl)
Хлор занимает клетку № 17. Простое вещество хлор (χλωρός — зелёный) — жёлто-зелёный ядовитый газ с резким запахом, — очень активен и легко реагирует со многими веществами, поэтому в природе его попросту нет. Промышленным источником газообразного хлора служит обычная поваренная соль NaCl (в природе много её месторождений).
Если пропустить хлор через гашёную известь, получится хлорная известь, известная в быту как «хлорка». Её запах — это и есть запах хлора, который постепенно выделяется хлорной известью. Хлорка прекрасно дезинфицирует и поэтому «преследует» нас повсюду — в туалетах, в бассейнах и даже в водопроводной воде (если вода очищалась на небольшой станции). Для защиты растений используются содержащие хлор вещества, убивающие вредных насекомых — например, гексохлоран.
К сожалению, хлор нашёл не только мирное применение: он входит в состав боевого отравляющего вещества иприта. Впервые иприт применила Германия против англо-французских войск 12 июля 1917 года вблизи бельгийского городка Ипр (отсюда и название). Ещё иприт называют «горчичным газом» из-за его запаха, напоминающего запах горчицы. Только это никакой не газ, а жидкость, кипящая при температуре свыше 200°C.
Хлор необходим для производства пластмасс, каучука и искусственного волокна.
Аргон (Ar)
В клетке № 18 находится аргон. Это первый из инертных (благородных) газов, открытый англичанами Джоном Рэлеем и Уильямом Рамзаем в 1894 году в составе воздуха, хотя ещё в 1785 году их соотечественник Генри Кавендиш обнаружил в составе воздуха немного бесцветного газа, не вступающего ни в какие реакции. Название происходит от греческого ἀργός — бездеятельный, подчёркивая инертность газа.
Пока известны только два химических соединения аргона — HArF и CU(Ar)O. Под действием электрического разряда аргон светится сине-голубым цветом, это используют в светотехнике. Аргоном часто заполняют электрические лампочки, чтобы уменьшить испарение вольфрама со спирали. Но больше всего аргона расходуют на создание инертной атмосферы для высокотемпературной обработки металлов (алюминия, титана, бериллия, циркония, гафния и др.), способных в этих условиях реагировать с газами воздуха.
Аргон входит в состав смеси, вводящей пациентов в состояние наркоза. Наркоз мгновенно исчезает, если прекратить подачу аргона.
Калий (K)
Калий занимает клетку № 19. Известна точная дата «рождения» чистого элемента калия — 6 октября 1807 года. В этот день Гемфри Дэви выделил его электролизом расплава щёлочи и дал имя potassium от названия одной калийной соли — поташ (англ. potash). В нашей стране прижилось предложенное Гилбертом название «калий» от арабского «алькали», что тоже означает «поташ». Металл калий легче воды, его плотность 0,86 г/см 3 .
Поташ, по-научному — карбонат калия, люди издавна получали из обыкновенной золы и использовали как мыло. Путешествуя по сибирской тайге, я не раз встречался с местными охотниками, доводилось и мыться с ними в бане. Как устроить в глухой тайге «баню» — отдельная история. А мылом у нас была остывшая зола из костра. Отмывает очень хорошо. Возможно, обычай «посыпать голову пеплом» в покаянных обрядах связан с его очищающими свойствами?
Добавки поташа понижают температуру замерзания строительных растворов. Насколько ценен поташ, говорит тот факт, что ещё Пётр I установил государственную монополию на его производство: «Нигде никому отнюдь поташа не делать и никому не продавать под страхом ссылки в вечную каторжную работу».
И ещё одно соединение калия — цианистый калий (KCN) — известно с древности. Эти бесцветные кристаллы, внешне напоминающие сахарный песок, блокируют способность клеток организма усваивать кислород из крови и мгновенно убивают человека.
Сплавы калия с некоторыми металлами отличаются низкой температурой плавления. Рекордсмен — сплав 12% натрия, 47% калия и 41% цезия. Его температура плавления −78°C.
Кальций (Са)
В клетке № 20 находится кальций. Своё название кальций получил от латинского слова calx, что означает известь. Кальций — один из самых распространённых элементов на Земле, но, ввиду активности его простого вещества, в природе встречается исключительно в виде соединений.
Иногда недостаток кальция оборачивается его «избытком». Дело в том, что в наших костях в норме содержится больше 1 кг кальция. В случае его недостатка кости становятся очень хрупкими. Руки и ноги с такими костями ломаются легко и, как следствие, заковываются в гипсовую повязку, а гипс — это соединение кальция (кристаллогидрат сульфата кальция).
Кальций есть в морской и речной воде, входит в состав растений и животных организмов. Из его солей сложены горные массивы и глинистые породы. Все основные стройматериалы — бетон, стекло, кирпич, цемент, известь — содержат много кальция.
Карбонат кальция СаCO3 — одно из самых распространённых соединений. Минералы на его основе покрывают более четверти земной суши. Главный из этих минералов — известняк. Он незаменим в производстве цемента, карбида кальция, соды, всех видов извести, белильных растворов, цианамида кальция и многих других полезных веществ. Всем известный мел (тоже карбонат кальция) используют при побелке стен, добавляют в бумагу и резину.
Приходя в музей посмотреть на скульптуры великих мастеров, мы любуемся произведениями из карбоната кальция — мрамора. Чистый белый мрамор встречается нечасто. Из менее ценных сортов делают щиты и панели в электротехнике. В строительстве мрамор используют как облицовочный материал.
Растворы хлористого кальция имеют низкую температуру замерзания. Смесь этой соли со снегом или льдом плавятся уже при температуре −55°C. Так что когда вы в мороз шлёпаете по мокрому тротуару — под ногами раствор CaCl2. В 1961 году в Антарктиде открыли незамерзающее озеро Дон-Жуан. Оказалось, что вода в озере насыщена хлористым кальцием.
Источник
Путешествие № 12 по зоопарку элементов
Барий, лантан, церий, празеодим, неодим
Барий (Ba)
Барий «живёт» в клетке № 56. Барит, он же тяжёлый шпат, он же сульфат бария BaSO4, привлёк внимание болонского сапожника и алхимика Касциароло в начале XVII века своей необычной тяжестью — Касциароло даже заподозрил, что в нём содержится золото. Тяжёлый минерал, найденный Касциароло, назвали баритом, от греческого βαρύς — ‘тяжёлый’, а металл — барием (barium).
Барий — очень активный металл, на воздухе быстро окисляется и при незначительном нагревании воспламеняется. В земной коре барий из-за своей высокой активности присутствует только в соединениях, хотя его там больше, чем свинца, олова, меди или ртути. Металлический барий хранят в керосине или в парафине. Чистый металлический барий применяется довольно редко, разве что как газопоглотитель в вакуумной технике или как добавка в сплавы для теплоносителей. А вот соединения бария весьма популярны.
Все соли бария, кроме сульфата, ядовиты. Хорошо растворимые в воде, они быстро всасываются в стенки кишечника, и уже через несколько часов может наступить смерть от паралича сердца. А сульфат бария в воде не растворяется и применяется как рентгеноконтрастное вещество при медицинском обследовании желудочно-кишечного тракта. Это та самая «баритовая каша», которую нужно проглотить перед рентгеном желудка.
Нитрат бария Ba(NO3)2 и хлорат бария Ba(ClO3)2 используются в пиротехнике для получения огня зелёного цвета. Сульфат бария входит во все дорогие сорта бумаги, а также широко используется в производстве белой краски.
Лантан (La)
Клетка № 57 принадлежит лантану. Лантан долго не могли получить в виде простого вещества (а не в соединении), поэтому и назвали его lanthanum от греческого λανθάνω — ‘скрываюсь’, ‘таюсь’. Лантан долго считали двухвалентным, с атомным весом около 92. Но Менделеев на основании свойств своей системы предсказал, что лантан должен быть трёхвалентен и иметь атомный вес 138, и поместил его в клетку № 57. Дальнейшие исследования подтвердили правоту Менделеева.
Но почему сразу после клетки № 57 с лантаном в таблице следует клетка № 72 с гафнием? Куда делись 14 элементов? Оказывается, они имеют настолько схожие свойства, что их объединили в отдельное семейство под общим именем лантаноиды, или лантаниды. Это церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий и лютеций.
Лантаноиды выпадали из строгой последовательности периодической системы, что беспокоило Менделеева. Но профессор Пражского университета Богуслав Браунер предложил вынести лантаноиды за пределы основной части таблицы — и всё встало на свои места. Лантаноиды, как и скандий, относятся к редкоземельным металлам — они рассеяны всюду, но в незначительных количествах. Их оксиды сложно отделить друг от друга в руде. Лантаноиды находят разнообразные применения в современной электронике, медицине и практически любом высокотехнологическом производстве. Лантан входит в состав аккумуляторных батареек.
Изотоп 139 La образуется в атомных реакторах при делении урана и активно захватывает тепловые нейтроны, поэтому считается «реакторным ядом». Но зато жидким лантаном извлекают плутоний из расплавленного урана.
Карбонат лантана La2(CO3)3 используется как лекарство (под названием fosrenol) для поглощения избытка фосфатов в организме.
Церий (Ce)
В клетке № 58 находится церий, первый в семействе лантаноидов. Своё имя cerium он получил в честь самой большой карликовой планеты из пояса астероидов в Солнечной системе — Цереры (Ceres).
Сплав с 1–2% церия делает многие металлы, даже традиционно хрупкий чугун, гораздо прочнее. Церий повышает электропроводность даже таких хороших проводников электричества, как медь и алюминий. На атомных станциях, где уровень радиации повышен и от этого обычные стёкла постепенно тускнеют, применяют стёкла, содержащие церий: они не теряют прозрачности и при достаточной толщине защищают от облучения.
А сплав церия (около 50%), лантана, железа, неодима и празеодима наверняка знаком каждому из вас! Это ферроцерий, из него делают «кремни» для зажигалок. К настоящему кремню — природному оксиду кремния — этот материал отношения не имеет. Ферроцерий относится к пирофорным сплавам, потому что при ударе из него высекаются искры, способные воспламенить находящееся в зажигалке горючее.
Празеодим (Pr)
Клетку № 59 занимает празеодим, второй в семействе лантаноидов. В 1839 году Карл Мосандер обнаружил новый элемент лантан и вскоре ещё один, названный им дидим от греческого δίδυμος — ‘близнец’, так как его свойства удивительно напоминали свойства лантана. В первые варианты своей системы Менделеев включал его под символом «Di». Но в 1885 году Карл Ауэр фон Вельсбах установил, что дидим состоит из смеси двух элементов с близкими физическими и химическими свойствами. Он назвал их неодим (νεοςδιδυμος — ‘новый близнец’) и празеодим (πρασιοςδιδυμος — ‘светло-зелёный близнец’).
Празеодим, как и его «родитель» лантан, представляет из себя «реакторный яд». Правда, в отличие от лантана, он не такой вредный: в осколках деления урана его не так много, и он хуже поглощает тепловые нейтроны.
Наряду с другими редкоземельными металлами (неодимом, церием, лантаном, самарием) празеодим может входить в состав высокотемпературных сверхпроводников — тех, которые проявляют сверхпроводимость при относительно высоких температурах. Для материалов, содержащих празеодим, это 52 градуса Кельвина.
Неодим (Nd)
Неодим находится в клетке № 60, он третий в семействе лантаноидов. Из всех лантаноидов неодим лучше всего влияет на свойства различных сплавов. Предел длительной прочности при повышенных температурах у таких сплавов намного больше, чем у сплавов с добавками других элементов. Так, пятипроцентная добавка неодима почти вдвое увеличивает предел прочности алюминия. Во много раз возрастает и твёрдость сплава. А добавка всего 1,2% неодима увеличивает предел прочности титана с 32 до 50 кг/мм 2 . Неодим также применяется при изготовлении нового поколения мощных постоянных магнитов на основе его сплава с железом и бором. Например, в большинстве жёстких дисков используется неодимовый магнит.
Есть такой драгоценный камень — александрит, открытый в 1834 году Нильсом Норденшёльдом в день совершеннолетия будущего российского царя Александра II. Александрит меняет окраску от тёмной сине-зелёной при дневном свете до красно-фиолетовой при вечернем или искусственном свете. Стёкла, содержащие не менее 4,3% окиси неодима, обладают «александритовым эффектом» — меняют окраску в зависимости от освещения, из них делают декоративную посуду. Также неодимовые стёкла усиливают передачу некоторых цветов спектра в солнцезащитных очках и фотографических светофильтрах, снижают «засветку» ночного неба уличным освещением в светофильтрах для телескопов, поглощают некоторые части спектра излучения в защитных очках для стеклодувов и сварщиков, а в колбах ламп накаливания для аквариумов и террариумов отфильтровывают жёлтые лучи, приближая свет к белому дневному.
Стекло с добавками неодима используют не только для изготовления красивых ваз и художественных изделий. Применяется оно и в лазерах: окись неодима Nd2O3 даёт лазерное излучение в инфракрасной области спектра. Для этого используют окись неодима чрезвычайно высокой чистоты — 99,996%.
В сельском хозяйстве нитратом неодима обрабатывают семена для ускорения всхожести и повышения урожайности.
Источник
