Който не слуша метал — на него бог ум не е дал!
— Народно творчество
Здравей, %username%.
отново на линия. Днес ще бъда съвсем кратък, защото след шест часа трябва да ставам и да тръгвам.
Искам да разкажа днес за метала. Но не за този, който е музика — за него можем да поговорим някога с чаша бира, а не на Хабр. И дори не за метала — а за металите! И искам да разкажа за тези метали, които по един или друг начин са ми направили впечатление в живота.
Тъй като всички участници в хит-парада имат някакви свои суперспособности, места и победители няма да има. Ще имаме — метална десетка! Така че поредният номер няма значение.
Да тръгваме.
1. Живак
Живакът е най-течният метал: температурата на топене е -39 °C. За това, че е токсичен — и дори много — , затова няма да се повтарям.
От древни времена на живака едва ли не са се молили — що е да не, „течно сребро“! Алхимиците смятали, че точно в живака се крие известният философски камък, например Джабир ибн Хайян смятал, че тъй като живакът е течен метал, той е „абсолютен“: той е свободен от всякакви примеси, свързани с твърдите метали. Сярният елемент — друг обект на възхищение за Хайян — е елемент на огъня, той може да даде чисто „абсолютно“ пламъче, и следователно всички останали метали (а тъй като това беше VIII век — не бяха много: седем) са образувани от живак и сяра.
Както през VIII век, така и сега — ако смесите живак и сяра, ще получите черен сулфид на живак (и това, между другото, е един от начините за дезактивация на разсипания живак) — но никак не и метал. Тази досадна неуспех Хайян обяснявал с това, че на всички тъпи не им достига някакъв „узрител“, който от черната глупост ще донесе до получения метал. И разбира се, всички се захванаха да търсят „узрител“, за да получат злато. Историята на търсенето на философския камък официално бе обявена за открита.
%username%, ти сега се смееш на алхимиците — но всъщност те постигнаха своето! През 1947 година американски физици при бета-разпад на изотопа Hg-197 получиха единствения устойчив изотоп на златото Au-197. От 100 мг живак извлякоха цели 35 мкг злато — и те сега се гордеят в Чикагския музей на науката и индустрията. Така че алхимиците бяха прави — наистина е възможно! Само, по дяволите, е скъпо…
Между другото, единственият алхимик, който не вярвал в възможността да се получи злато от други метали, е Абу Алии Хусеийн ибн Абдуллаах ибн ал-Хаасан ибн Алии ибн Сина — а за тъмните неверници — просто Авиценна.
Също така, много е конкуренция на ртутта от друг метал — галий. Неговата температура на топене е 29 °C, в училище ми показваха ефектен трик: поставяш парче от някакъв метал на ръката...
... и ето какво се получава.
Между другото, галий може да се купи от алике, за да се показва такъв трик. Не знам, обаче, дали ще премине митницата.
2. Титан
Суровият титан — това не е ртутна глупост! Това е най-някото твърдо метал! В моето детство и юношество титана се използваше за писане на всички тези стъкла в обществения транспорт. Защото драскаше — и оцветяваше с фина метална прах.
Всички знаят, че титанът, благодарение на твърдостта и лекотата, се използва в авиацията. Ще разкажа за някои интересни приложения.
Когато е нагрят, титанът започва да абсорбира различни газове — кислород, хлор и дори азот. Това се използва в инсталации за пречистване на инертни газове (например аргон) — през тръби, запълнени с титанова гъба, нагрята до 500-600 °C. Между другото, при тази температура титанова гъба взаимодействува с вода — кислородът се абсорбира, водородът се освобождава, но обикновено водородът в инертните газове никого не притеснява, за разлика от водата.
Белият диоксид на титана TiO2 се използва в боята (например титанови бели), а също така при производството на хартия и пластмаса. Хранителна добавка E171. Между другото, при производството на диоксид на титана задължително контролира досега елементния състав — но не за да се намалят примесите, а за да се добави "белизна": необходимо е да има по-малко оцветяващи елементи — желязо, хром, мед и т.н.
Титановият карбид, диборид титана, карбонитрид титана — конкуренти на карбида на волфрама по твърдост. Недостатък — те са по-лесни.
Титановият нитрид се използва за покритие на инструменти, куполи на църкви и при производството на бижутерия, тъй като има цвят, подобен на злато. Всички тези "медицински сплави", подобни на злато — това е покритие с титанов нитрид.
Всъщност, упорити учени наскоро създаха сплав, който е по-издържлив от титана! За да постигнат това, се наложи да смесват паладий, силиций, фосфор, германий и сребро. Получи се нещо скъпо, затова титан отново победи.
3. Тантал
Танталът е също противоположност на живак: това е най-високоплавкият метал с температура на топене 3422 °C. Той е известен от XVI век, но не самият метал, а минералът танталит, в който се съдържа тантал. Между другото, името Tantal на суровия немски означава „танталов крем“: немците, които топят олово, не харесвали примесите на танталит, защото пречели на топенето, превръщайки оловото в пяна от шлака (уж „изяждайки оловото като вълк овца“). Самият метал е изолиран по-късно, около 200 години след това.
Всъщност, това на снимката не е тантал, а карбид на тантал, така че ако имаш пръстен с такова нещо, %username%, не се наранявай много. Карбидът на тантал е тежко и изключително твърдо съединение - и затова се използва във всякакви детайли, с които удрят, между другото „победителят“ представлява 90% от карбида на тантал. А също карбидът на тантал добри хора добавят в качеството на връх на бронебойни проектили и куршуми. Но не само него, по-късно ще разкажа за друг метал.
Всъщност, макар танталът да е тежък - но въпреки по-високата плътност в сравнение с традиционния и по-евтин олово, защитата от тантал се оказва по-лека при равни защитни свойства или по-ефективна при равна тежест. Поради високоплавкостта и твърдостта на тантала, които затрудняват обработката му, в такива случаи се използват по-пластични танталови сплави с добавка на други метали или суспензия от прахообразен тантал (или негови съединения) в полимерна основа. Излиза по-лесно, по-ефективно — но и по-скъпо. Така че в случай на радиоактивен дъжд, %username%, вземай танталова броня!
Между другото, на моето "вечнозелено пръстен" успях да поставя някакво химично петно — и дори не знам с какво. Така че "вечнозелено" е само за обикновените хора)))
4. Уран
Единственият природен метал, който се използва като гориво. Ами — ядрено гориво.
Когато бях още ученик, но имах връзки в университета (не мога да кажа защо!), винаги ме забавляваше реакцията на чуждестранните студенти, когато им показваха кристали на уранил-ацетат с микроскоп. Има такава качествена реакция. Когато на чужденците казваха думата „уранил“, те буквално излитаха от етажа. Всички се смееха.
Смешно и тъжно е, че сега и голяма част от нашите хора също смятат, че уранът е страшен, опасен и ужасен. Падането на образованието е очевидно.
Всъщност, още в древността естественият оксид на урана е бил използван за производство на жълта порцеланова посуда. Например, в близост до Неапол е намерен фрагмент от жълто стъкло, съдържащо 1% оксид на урана и датиран от 79 г. сл. Хр. Той не свети в тъмното и не излъчва радиация. Бях в Жълтите Води в Украйна, където добиват уранов концентрат. Никой там не свети и не излъчва радиация. А разгадаването е просто: природният уран е слабо радиоактивен — не повече от гранитите и базалтовете, както и от териконите и метрото. Този уран, който е критичен — е изотоп U-235, който в природата е само 0,7204%. Толкова е малко, че за ядрени специалисти е необходимо да се отделя и концентрира този изотоп („обогатяване“) — просто така реакторът няма да работи.
Между другото, преди в природата U-235 е имало повече — просто с времето той се разпадна. И тъй като го е имало повече — ядреният реактор можеше да бъде създаден буквално на коляно. В преносния смисъл. Така се е случило в Габон на находището Окло преди около 2 милиарда години: през рудата е течала вода, водата — естествен забавител на неутроните, които се отделят при разпад на уран-235 — и в крайна сметка количеството енергия на неутроните е било точно това, което е нужно за захващане от ядрото на уран-235 — и е започнала верижната реакция. И уранчето е горяло в продължение на няколко стотин години, докато не се е изчерпало...
Открито е значително по-късно, през 1972 година, когато в уранова обогатителна фабрика в Пиерлат (Франция) по време на анализа на уран от Окло е установено отклонение от нормата в изотопния състав на урана. Съдържанието на изотопа U-235 е било 0,717% вместо обичайните 0,720%. Уранът не е колбас, недостигът тук се наказва строго: всички ядрени обекти подлежат на строг контрол с цел предотвратяване на незаконното използване на разделящи се материали за военни цели. Затова учените започнали да изследват, намерили още няколко елемента, като неодим и рутений, и разбрали — U-235 е бил откраднат преди нас, просто е изгорял, както в реактор. Тоест ядреният реактор природата е измислила много преди нас. Впрочем, както всичко останало.
Обеднени уран (когато 235-ият е взет и е даден на атомните учени, а останал е U-238) — тежък и твърд, по свойства напомня на волфрам, и затова — точно така се използва там, където трябва да се удря. Има история от бивша Югославия: там са използвали бронебойни снаряди с бойка, съдържащи уран. Проблемите на населението са били, но не заради радиацията: финият уранов прах попадал в дробовете, усвоявал се — и давал плодове: уранът е токсичен за бъбреците. Така че — и не си струва да се страхувате от уранил-ацетата! Въпреки това, за законите на Руската Федерация това не е ключово — затова вечните проблеми с вноса на химически реактиви, съдържащи уран — защото за чиновника уранът е само един.
Има и ураново стъкло: малко добавка уран придава красив жълто-зелен флуоресценция.
И това, по дяволите, е красиво!
Между другото, много полезно е да предложите на гостите ябълки или салата, а след това да включите малко ултравиолетова светлина и да покажете колко красиво. Когато всички свършат с възхищението — така небрежно да кажете: „Е, да, това е ураново стъкло…“ И да ухапете парче ябълка от вазата…
5. Осмий
Ако вече говорим за тежките урани-волфрами, е време да споменем най-тежкия метал изобщо — това е осмий. Неговата плътност е 22,62 г/см3!
Въпреки че осмий е най-тежкият, нищо не му пречи да бъде и летящ: в атмосферата той постепенно се окислява до OsO4, който е летлив — и всъщност много отровен. Да, това е елемент от платиноидната група, но той може да се окислява. Името "осмий" произлиза от древногръцкото ὀσμή — "миризма" — именно заради това: химическите реакции на разтваряне на алкалния сплав осмиридий (нерастворимият остатък от платината в царската водка) във вода или киселини са придружени от неприятна, упорита миризма на OsO4, която дразни гърлото и напомня на миризма на хлор или гнила ряпа. Тази миризма е усетил Смитсон Теннант (за него по-късно), работейки с осмиридий — и така е нарекъл метала. Знам, че осмий трябва да бъде на прах и трябва да се нагрява, за да протече процесът интензивно — но все пак не искам дълго да бъда близо до този метал.
Между другото, има и такъв изотоп Os-187. В природата го има много малко, поради което осмият се отделя в центрофуги чрез масова сепарация — точно както уранът. Разделянето отнема 9 месеца — да, да, вече може да се роди. Затова Os-187 е един от най-скъпите метали, именно съдържанието му определя пазарната цена на природния осмий. Но той не е най-скъпият, за най-скъпия ще разкажа по-долу.
6. Иридий
Като вече говорим за платиноидната група, нека споменем и иридия. Осмий отне на иридия титлата на най-тежкия метал — но разликата в плътността е минимална: плътността на иридия е 22,53 г/см3. Осмий и иридий бяха открити заедно през 1803 година от английския химик С. Теннант — двата елемента присъстваха като примеси в природната платина, доставена от Южна Америка. Теннант беше първият сред няколко учени, успели да получат в достатъчни количества неразтворим остатък след обработката на платината с царската водка и да определят в него преди неизвестни метали.
Но за разлика от осмия, иридият е изключително устойчив метал: под формата на злато той не се разтваря в никакви киселини и техните смеси! Изобщо! Дори и страшният флуор го напада само при 400-450 °C. За да разтворим иридия, трябва да го сплавим с алкали — да, и е препоръчително в поток от кислород.
Механичната и химичната здравина на иридия се използва в Палатата на мерките и теглилките — еталонът на килограма е изработен от платинено-иридиев сплав.
В момента иридият не е банков метал, но вече има промени: през 2013 г. иридият за първи път в света беше използван за изработка на официални монети от Националната банка на Руанда, която издаде монета от чист метал 999-та проба. Иридиевата монета беше с номинал 10 руандийски франка. И честно казано — искам такава монета!
Между другото, в ранната си младост прочетох в "Юен технике" някаква фантастична история, в която момчето успяваше да размени пясък за иридий на курс 1:1 с някакви там извънземни в мазето. Те, виждате ли, имаха нужда от силиций! Вече не си спомням заглавието и автора на разказа. Благодаря! — В.Шибаев. Кабел „оттуда“.
7. ЗлатоДа, остави го — всички видяха
В живота често има реален и формален шампион. Ако иридият е реалният шампион по химическа устойчивост, то златото е формалният: то е най-електронегативният метал, 2,54 по Полингова скала. Но това не пречи на златото да се разтваря в смеси от киселини, така че както обикновено — лаврите принадлежат на по-богатия.
И наистина, в момента, благодарение на това, че Китай и Русия се отдалечават от политиката на натрупване на валутни резерви в щатски долари към политика на натрупване на злато, златото е най-скъпият банков метал: по цена отдавна е изпреварило платината — да, и всичките платинени метали. Така че, съхранявай парите си в спестовна каса в злато, %username%!
Тъй като алхимичният метод за добив на злато показа своята скъпоценност, този метал се извлича в рафинерии. Монетите вече се изработват в монетарни дворове. Като човек, който е бил и на двете места, мога да кажа: работниците на подобни предприятия, когато посещават зоната с благородни метали, или се преоблекат - и на работната им униформа няма нито една игла или закачалка - пропускните рамки не са съвсем същите, както на летищата, там всичко е по-строго. Или действа т.нар. "гол режим" - да, да, разбра правилно: пропуск за момчета и пропуск за момичета - ще се облечете вече вътре. Ако имате имплант от метал - купища сертификати, купища разрешения, всеки път индивидуално проверяват, че имплантът е на мястото, където трябва.
Между другото, как мислиш - как са организирани пропуските на банкнотния двор? Парите нали не звънят!
Отговорът е тук, но помисли малко сам.След работа никой не се пуска, включително и ръководството, докато не преброят цялата продукция. Да - всичко е строго. Затова никой не е против, когато в трудни времена заплатата се изплаща с продукция.
8. Литий
В отличие от тежките осмии и иридии, литият е най-лекият метал, неговата плътност е само 0,534 г/см3. Това е алкален метал, но най-неактивният от цялата група: не експлодира във вода, а спокойно реагира, във въздуха също не се окислява особено, а и да го запалиш не е лесно: след 100 °C се покрива с оксид толкова добре, че по-нататък не се окислява. Затова литият е единственият алкален метал, който не се съхранява в керосин - защо, като е достатъчно инертен? И това е късмет - заради ниската си плътност литият би плувал в керосин.
Природният литий се състои от два изотопа: Li-6 и Li-7. Тъй като самият атом е толкова малък, излишният неутрон значимо влияе на радиуса на орбитала и енергията на възбуждение на електрон, поради което обичайният атомен спектър на тези два изотопа се отличава - следователно, възможно е да се определят дори без никакви мас-спектрометри - и това е единственото изключение в природата! И двата изотопа са много важни в ядрената енергетика, между другото, дейтеридът Li-6 се използва като термояден прах в термоядреното оръжие - и повече няма да кажа нищо по тази тема!
Литиумът се използва и от психиатрите като стабилизатор за лечение и профилактика на мании. Когато бях студент и работех в катедрата, при нас идваше една дама с кръвна плазма, в която трябваше да определяме литий. Няколко пъти реших да се посветя на литературата (интернетът все още не съществуваше), за да разбера защо изобщо трябва да определяме литий? И научих… При следващото посещение, така между другото, попитах дамата, чия кръв е всъщност? Когато тя отговори, че е нейна, повече се стараех да не се срещам с нея лично.
Е, литий и литий, той дори понякога се съдържа във водата. Между другото, във Лвов литият е доста присъстващ във водата.
9. Франций
Франция има цял набор от титли. Първо, франций е най-редкият метал. Цялото му съдържание е напълно радиогенен: той съществува като междинен продукт от разпада на уран-235 и торий-232. Общото съдържание на франций в земната кора се оценява на 340 грама. Така че петното на изображението по-горе не е снимка на черна дупка отпред, а около 200 000 атома франций в магнитно-оптична уловка. Всички изотопи на франций са радиоактивни, а най-дълговечният от тях – Fr-223 – има период на полуразпад от 22,3 минути. Затова франций е толкова малко.
Все пак франций има най-ниската електронегативност от всички известни в момента елементи – 0,7 по Полингова скала. Съответно, франций е и най-химически активният алкален метал и образува най-силната основа – хидроксид на франция FrOH. И не питай, %username%, как са определяли всичко това с елемент, от който нищо не остава – да, мъничко, и чиято маса на всеки 22,3 минути става наполовина, а изследователят блести все по-ярко. И затова всичко това е интересно и завладяващо, но франций практически не се използва никъде.
10. Калифорний
/>
Калифорния в този свят не съществува, а се произвежда на две места: в Димитровград в Русия и в Националната лаборатория Оук Ридж в САЩ. За производството на един грам калифорний, плутоний или кюрий се подлагат на продължително неутронно облъчване в ядрено реактор — от 8 месеца до 1,5 години. Цялата линия на разпадите изглежда по следния начин: Плутоний-Америций-Кюрий-Берклий-Калифорний. Калифорний-252 е краен резултат от веригата — този елемент не може да бъде превърнат в по-тежък изотоп, тъй като ядрото му сякаш казва „благодаря, наситих се“ и слабо реагира на неутронното въздействие.
На пътя за преобразуването на плутоний в калифорний, 99,7% от ядрата се разпадат. Само 0,3% от ядрата се задържат от разпад и преминават през целия етап. А освен това, продуктът трябва да бъде извлечен! Извличането на изотопа става чрез метода на екстракция, екстракционна хроматография или вследствие на йонен обмен. За да се придаде метален вид, се извършва редукционна реакция.
За получаването на един грам калифорний-252 се изразходват 10 килограма плутоний-239.
Годишното количество на добивания калифорний-252 е 40-80 микрограма, а според оценките на специалистите, световният запас на калифорний не надвишава 8 грама. Затова калифорний, а точно — калифорний-252 – е най-скъпият в света индустриален метал, цената на един грам през различни години е варирала между 6,5 и 27 милиона долара.
Логичен въпрос: на кого изобщо му трябва? Веригата от него не може да се направи, не можеш да подариш любимата в вид на пръстен. Работата е там, че Cf-252 има висок коефициент на размножаване на неутроните (над 3). Грам Cf-252 излъчва около 3⋅10^12 неутрона в секунда. Да, потенциално може да се направи атомна бомба, но от уран и същия плутоний е по-евтино, затова самият калифорний се използва като източник на неутрони в различни изследвания, вкл. в промишлени неутронно-активационни анализатори на конвейерна лента. Между другото, %username%, лично съм виждал този калифорний под формата на малка ампула, която извадиха от огромна бъчва с радиационна защита и бързо я вкараха на нужното място в анализатора.
Ясно е, че за такива пари калифорний просто трябва да бъде яд, макар и не толкова опасен, , но неутроните — също не са лоши. Но става доста скъпо, разбира се.
Ами, май всичко е свършено — остава да поспя около четири часа преди пътуването. Надявам се, че всичко е било интересно и не съм писал всичко това напразно.
Пожелавам ти, %username%, да бъдеш твърд като титан, лек като литий, непоклатим като иридий и ценен като калфорний! И, разбира се, да имаш повече злато в джобовете.
(можеш да се похвалиш с този тост на следващото празненство — няма нужда да благодариш)
Източник: habr.com
