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.
А днес искам да разкажа за метала. Но не за онзи, който е музика — за него можем да поговорим друг път с чаша бира, а не на Хабр. И дори не за метала — а за металите! Искам да разкажа за тези метали, които по един или друг начин са ме впечатлили в живота ми със своите свойства.
Тъй като всички участници в хит-парада се отличават с някакви свои суперсили, места и победители няма да има. Ще имаме — метална десетка! Така че редният номер нищо не означава.
Да започваме.
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 живакът почти не са се молили — как иначе, „течна сребрина”! Алхимиците смятали, че именно в живакът някъде се крие знаменитият философски камък, например Джабир ибн Хайян смятал, че тъй като живакът е течен метал, той е „абсолютен”: свободен е от всякакви примеси, присъщи за твърдите метали. Сярата — друг предмет на възхищение на Хайян — е елемент на огъня, тя е способна да дава чисто „абсолютно” пламя, затова всичките останали метали (а тъй като е VIII век — не беше много: седем) са образувани от живак и сяра.
Както през VIII век, така и сега — ако смесиш живак и сяра, ще получиш черен сульфид на живак (и това е, между другото, един от начините за дезактивация на разлят живак) — но никак не метал. Това разочарование Хайян обяснявал с това, че всички глупави не достига някакъв „зрялостен” фактор, който от черната мръсотия ще доведе до получаване на метал. И разбира се всички започнали да търсят „зрялост”, за да получат злато. Историята на търсенето на философския камък официално бе обявена за открита.
%username%, ти сега се смееш на алхимиците — но те наистина постигнаха своето! През 1947 година американски физици получиха единствения устойчив изотоп на злато Au-197 при бета-разпад на изотоп Hg-197. От 100 мг живак бяха получени цели 35 мкг злато — и сега те се гордеят в Чикагския музей на науката и индустрията. Така че алхимиците бяха прави — наистина е възможно! Само че, мамка му, е скъпо…
Между другото, единственият алхимик, който не вярвал в възможността за получаване на злато от други метали, е Абу Али Хусейн ибн Абдуллах ибн ал-Хаасан ибн Алии ибн Сина — а за тъмните неверници — просто Авиценна.
Между другото, с живак по своя вид много се конкурира друг метал — галий. Температурата му на топене е 29 °C, в училище ми показваха впечатляващ трик: на ръката се поставя парче от някакъв метал…
.. и ето какво се получава
Между другото, галий в момента може да се купи на алике, за да се показва такъв трик. Не знам обаче дали ще премине митницата.
2. Титан
Суровият титан — това не ти е живак! Това е най-здравият метал! В моята младост титанът пишеше на всички тези стъкла в обществения транспорт. Защото драскаше — и със ситна метална прах оцветяваше.
Всички знаят, че титанът благодарение на здравината и лекотата си 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 установки за пречистване на инертни газове (например аргоне) — той минава през тръби, запълнени с титанова гъба и нагрети до 500-600 °C. Между другото, при тази температура титановата гъба взаимодейства с водата — кислородът се абсорбира, водородът се отдава, но обикновено водородът в инертните газове никого не притеснява, за разлика от водата.
Бял диоксид на титана TiO2 се използва в бои (например титанови бели), а също така при производството на хартия и пластмаса. Хранителна добавка E171. Между другото, при производството на диоксид на титана задължително контролират неговия елементен състав — но не за да намалят примесите, а за да добавят „бялост“: необходимо е да има по-малко оцветяващи елементи — желязо, хром, мед и т.н.
Титанов карбид, ди-борален титанов, карбонид титана — конкуренти на волфрамовия карбид по твърдост. Недостатък — те са по-лесни.
Титанов нитрид се използва за покритие на инструменти, куполи на църкви и при производството на бижута, тъй като има цвят, подобен на злато. Всички тези „медицински сплави“, които приличат на злато — това е покритие с титанов нитрид.
Между прочим, упорные учени учеными недавно сделали сплав, который тверже титана! Однако чтобы достичь этого, пришлось смешать палладий, кремний, фосфор, германий и серебро. Получившийся материал оказался недешевым, и поэтому снова победил титан.
3. Вольфрам
Вольфрам — также противоположность ртути: самый тугоплавкий металл с температурой плавления 3422 °C. Он известен с XVI века, хотя на самом деле известен был не сам металл, а минерал вольфрамит, содержащий вольфрам. Кстати, название Wolf Rahm на суровом немецком означает «волчьи сливки»: немцы, плавящие олово, очень не любили примеси вольфрамита, мешающего плавке, превращая олово в пену шлаков («пожирая олово, как волк овцу»). Сам металл был выделен позже, примерно через 200 лет.
То, что на фото, на самом деле не вольфрам, а карбид вольфрама, так что если у тебя на руке такое кольцо, %username%, не переживай слишком сильно. Карбид вольфрама — это тяжелое и крайне твердое соединение — и поэтому используется в различных деталях, которые бьют, причем «победит» — это 90% карбида вольфрама. Кроме того, карбид вольфрама добрые люди добавляют в качестве наконечника бронебойных снарядов и пуль. Но не только его, позже расскажу о другом металле.
Между прочим, хоть вольфрам и тяжелый — несмотря на большую плотность по сравнению с традиционным и более дешевым свинцом, защита из вольфрама оказывается менее тяжелой с равными защитными свойствами или более эффективной при том же весе. Из-за тугоплавкости и твердости вольфрама, затрудняющих его обработку, в таких случаях используют более пластичные сплавы вольфрама с добавлением других металлов или взвеси порошкообразного вольфрама (или его соединений) в полимерной основе. Получается легче, эффективнее — но, увы, дороже. Так что в случае фолаута, %username%, приобретается вольфрамовая броня!
Кстати, на своем «вечном кольце» я каким-то образом умудрился оставить пятно — и даже не знаю, чем. Так что оно «вечное» только у обычных людей)))
4. Уран
Единственный природный металл, который используется в качестве топлива. Так сказать — ядерное топливо.
Когато бях още ученик, но бях със свързани университет (не казвам защо!), винаги ме забавляваше реакцията на чуждестранните студенти, когато им показваха кристали на уранил-ацетат в микроскоп. Ами, има такава качествена реакция. Когато на чужденците им казваха думата „уранил“ — те просто се разпадаха. Всички се смяха.
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 природната оксидна форма на уран е била използвана за производство на жълта посуда. Така, близо до Неапол е намерен парче жълто стъкло, съдържащо 1 % уранов оксид и датирано от 79 г. сл. Хр. То не свети в тъ darkness и не излъчва радиация. Бях в Жълтите Води в Украйна, където се добива уранов концентрат. Никой там не свети и не излъчва радиация. А разгадаването е просто: природният уран е слабо радиоактивен — не повече от гранитите и базалтите, а също и терикони и метрото. Този уран, който е УРАН — това е изотопът U-235, който в природата е само 0,7204%. Той е толкова малко, че за ядрени специалисти е необходимо да се отделя и концентрира този изотоп („обогатяване“) — иначе реакторът няма да работи.
Между другото, по-рано в природата U-235 беше повече — просто с времето той се разпадна. И тъй като го е имало повече — ядрени реактори можеха да се създадат направо на колене. В буквалния смисъл. Така се е случило в Габон в находището Окло преди около 2 милиарда години: през рудата е течала вода, която е естествен неутронен модератор, а неутроните, които се отделят при разпад на уран-235 — и в резултат на това енергията на неутроните е била точно толкова, колкото е необходимо за захващане на ядрото на уран-235 — и започна верижна реакция. И уранът гореше няколко стотин години, преди да изгори...
Открихме това много по-късно, през 1972 година, когато в урановата обогатителна фабрика в Пиерлат (Франция) по време на анализа на уран от Окло беше отклонение от нормата в изотопния състав на урана. Съдържанието на изотопа U-235 беше 0,717% вместо обичайните 0,720%. Уранът не е колбас, тук недовесът се наказва строго: всички ядрени обекти подлежат на строг контрол с цел да се избегне незаконното използване на разпадливи материали за военни цели. Поради това учените започнаха да изследват, намериха още няколко елемента, като неодим и рутений, и разбраха, че U-235 е бил откраднат и просто прегорял, както в реактора. Тоест, ядрен реактор природата е изобретила много преди нас. Макар и всичко.
Обедненият уран (това е, когато 235-ият е взет и даден на атомщиците, а останалият е U-238) е тежък и твърд, по свойства напомня на вольфрам, а поради това — също така се използва там, където трябва да се удря. Има история от бивша Югославия: там използваха бронебойни снаряди с бойка, съдържащ уран. Проблемите за населението бяха, но съвсем не заради радиация: малката уранова прах попадаше в белите дробове, усвояваше се — и носеше последствия: уранът е токсичен за бъбреците. Ето така — и не е нужно да се страхуваме от уранил-ацетата! Истина, според законите на Руската федерация това не е указано — и затова вечни проблеми с вноса на химически реагенти, съдържащи уран — защото за чиновника уранът е само един.
А има и ураново стъкло: малко добавяне на уран придава красива жълто-зелена флуоресценция.
И това, по дяволите, е красиво!
Между другото, много е полезно да предложите на гостите ябълки или салатка, а след това да включите малко ултравиолетово и да покажете колко красиво. Когато всички приключат с възхищението — небрежно така да кажете: „Е, да, още как, това е ураново стъкло…“ И да отхапете от парче ябълка от вазата...
5. Осмий
Ами, след като поговорихме за тежките урани-вольфрами, време е да наречем най-тежкия метал изобщо — това е осмий. Неговата плътност е 22,62 г/см3!
Въпреки че осмият е най-тежкият, това не пречи да бъде и летлив: при взаимодействие с въздуха той постепенно се окислява до OsO4, който е летлив и наред с това много токсичен. Да, това е елемент от платинената група, но се окислява без проблем. Името "осмий" произлиза от древногръцкото Ὀσμή — "миризма" — именно заради това: химическите реакции при разтварянето на алкалния сплав на осмиридия (нерастворим остатък от платината в царската вода) във вода или киселина са придружени от отделянето на неприятна, постоянна миризма на OsO4, която дразни гърлото и наподобява миризмата на хлор или гнил репей. Тази миризма усети Смитсон Тенант (за него по-късно), работещ с осмиридий — и така наименува метала. И знам, че осмият трябва да бъде на прах и трябва да се нагрява, за да протече процесът интензивно — но в крайна сметка не се стремят да бъдат дълго в близост до този метал.
Между другото, има и изотоп Os-187. В природата го има много малко, а затова от осмия го извлекуват на центрофуги чрез масова сепарация — точно като уран. Разделянето отнема 9 месеца — да-да, напълно възможно е да се роди. И затова Os-187 е един от най-скъпите метали, именно съдържанието му определя пазарната цена на природния осмий. Но не е най-скъпият, за най-скъпия ще разкажа по-долу.
6. Иридий
След като заговорихме за платинената група, е добре да споменем и иридия. Осмият отне на иридия титлата на най-тежкия метал — но разликата е в стотинките: плътността на иридия е 22.53 г/см3. Осмият и иридият бяха открити заедно през 1803 година от английския химик С. Тенант — и двата присъствали като примеси в природната платина, доставена от Южна Америка. Тенант беше първият сред няколко учени, който успя да получи в достатъчни количества неразтворим остатък след въздействието върху платината с царската вода и да определи в него по-рано неизвестни метали.
Но за разлика от осмия, иридият е буквално най-устойчивият метал: в слитъчно състояние не се разтваря в никакви киселини и смесите! Абсолютно! Дори страховитият флуор го взима само при 400-450 °C. За да бъде все пак разтворен иридият, се налага да бъде сплавян с алкали — и е предпочитано да бъде в поток от кислород.
Механичните и химичните свойства на иридия се използват в Палатата на мерките и теглилките — стандартният килограм е изработен от платиново-иридиев сплав.
В момента иридият не е банков метал, но вече има промени: през 2013 година иридият за първи път в света бе използван за производство на официални монети от Националната банка на Руанда, която издаде монета от чист метал с качество 999. Иридиевата монета беше с номинал 10 руандийски франка. И наистина — бих искал такава монета!
Струва ми се, че в младостта си в списание 'Юн техник' прочетох някаква фантастична история, в която младежът успяваше да обменя пясък за иридий по курс 1:1 с някакви инопланетяни в мазето. Явно им беше нужен кремък! Вече не помня заглавието и автора на разказа. Благодаря. — В.Шибаев. Кабел 'оттуда'.
7. ЗлатоДа, но всички го видяха.
В живота често съществува действителен и формален шампион. Ако иридият е действителният 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 смес от киселини, така че както обикновено — славата принадлежи на този, който е по-богат.
И наистина, в момента, благодарение на факта, че Китай и Русия се отказват от политиката на натрупване на златно-валутни резерви в долари в полза на политика на натрупване на самото злато, златото е най-скъпият банков метал: по цена отдавна е изпреварило платината — и изобщо цялата платинена група. Така че пазете парите си в спестовния златен каса, %username%!
Тъй като алхимическият метод за добив на злато показа своята скъпота, този метал се получава в рафинерийните заводи. А монетките се правят в монетните дворове. Така че, като човек, посетил и двете места, мога да кажа: работниците в подобни предприятия при посещение на зоната с благороден метал или се преобуват — и на работното облекло няма нито една игла или скрепка — металните рамки на пропускателните пунктове не са като в летищата, там всичко е по-строго. Или се прилага т. нар. „гол режим“ — да-да, разбраха ме правилно: пропускателната зона за момчета и пропускателната зона за момичета — обличате се вътре. Ако имате метален имплант — купища удостоверения, купища разрешения, всеки път индивидуално проверяват, че имплантът е там, където трябва.
Между другото, как мислиш — как са организирани пропуските на банкнотния двор? Парите не звънят!
Отговорът е тук, но помисли малко сам.След работа не пускат никого, включително управата, 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 осмиев-иридий, литият е най-леката метали, чиято плътност е само 0,534 г/см3. Това е алкален метал, но най-малко активният от цялата група: във вода не експлодира, а спокойно взаимодейства, на въздуха също не се окислява много, а и да го запалиш не е лесно: след 100 °C обилно се покрива с оксид, така че не продължава да се окислява. Затова литият е единственият алкален метал, който не се съхранява в керосин — защо, ако е достатъчно инертен? И това е за добро — поради своята ниска плътност литият би плавал в керосина.
Естественият литий се състои от два изотопа: Li-6 и Li-7. Тъй като самият атом е толкова малък, излишният неутрон значително влияе на радиуса на орбитала и енергията на възбуждане на електрона, поради което обикновеният атомен спектър на тези два изотопа се различава — следователно, може 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, дейтирид Li-6 се използва като термоядрен прах в термоядреното оръжие — и повече няма да кажа нито дума по тази тема!
Литият се използва и от психиатри като нормализатор за лечение и профилактика на мани. Когато бях студент, работех в катедрата, където идваше една жена с плазма от кръв, в която трябваше да определяме литият. След няколко пъти реших да се поровя в литературата (тогава интернет нямаше), за да разбера защо всъщност трябва да определяме литият? И така научих... При следващото й идване, много небрежно я попитах чия кръв е всъщност? Когато тя отговори, че е нейната, повече се стараех да не се срещам лично с нея.
Ами, литият и литият, понякога дори се определя в вода. Между другото, във Львов в водата го има доста.
9. Франций
Франций е с набор от титли. На първо място, франций — най-рядкият метал. Цялото му съдържание е напълно радиогенно: той съществува като междинен продукт на разпадане 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 в анфас, а около 200 000 атома франций в магнитно-оптична капан. Всички изотопи на франций са радиоактивни, най-дълговечният изотоп — Fr-223 — има период на полуразпад от 22,3 минути. Затова франций толкова рядко се среща.
Въпреки това, франций има най-ниската електронегативност от всички известни в момента елементи — 0,7 по Полинг. Съответно, франций е и най-химически активният алкален метал и образува най-силната основа — хидроксид на франций FrOH. И не питай, %username%, как това всичко е било определяно с елемент, който е малко — да, и който на всеки 22,3 минути става още два пъти по-малко, а изследователят сам свети все по-ярко. Затова всичко това е интересно и занимателно, но франций почти никъде не се използва.
10. Калифорний
/>
В този свят не съществува калифорний, а го произвеждат на две места: в Димитровград, Русия и в Националната лаборатория Окридж в САЩ. За производството на един грам калифорний, плутоний или кюрий се подлагат на дълготрайно неутронно облъчване в ядрени реактори — от 8 месеца до 1,5 години. Цялата линия на разпад е следната: Плутоний-Америка-Кюрий-Берклий-Калифорний. Калифорний-252 е краен резултат на веригата — този елемент не може да бъде превърнат в по-тежък изотоп, тъй като неговото ядро сякаш казва „благодаря, сити“ и слабо реагира на неутронното въздействие.
При преобразуването на плутоний в калифорний, 99,7% от ядрата се разпадат. Само 0,3% от ядрата не се разпадат и преминават целия процес. А продуктът също трябва да се извлече! Извличането на изотопа става чрез екстракция, екстракционна хроматография или чрез йонен обмен. За да придобие метален вид, се извършва възстановителна реакция.
За получаването на един грам калифорний-252 са необходими 10 килограма плутоний-239.
Годишното количество добиван калифорний-252 е между 40-80 микрограма, а според специалистите световният запас от калифорний е не повече от 8 грама. Затова калифорний, по-точно калифорний-252, е най-скъпият промишлен метал в света, цената на един грам е варирала през годините от 6,5 до 27 милиона долара.
Разумният въпрос е: на кого изобщо му е нужен? Не можеш да направиш верига от него, не можеш да подариш пръстен на любимия човек. Същността е, че Cf-252 има висок коефициент на размножаване на неутроните (над 3). Един грам Cf-252 излъчва около 3⋅1012 неутрона в секунда. Да, потенциално можеш да направиш атомна бомба, но е по-евтино да се използват уран и плутоний, затова самият калифорний служи като източник на неутрони в различни изследвания, включително в промишлени неутронно-активационни анализатори на конвейерни ленти. Между другото, %username%, аз лично видях този калифорний като малка ампулка, която извадиха от голяма бъчва за радиационна защита и бързо я поставиха на правилното място в анализатора.
Ясно е, че за тези пари калифорний трябва да бъде отровен, макар и не толкова опасен, , но неутроните — също нищо. Но излиза скъпо, разбира се.
Ами това е всичко — остана да поспя около четири часа преди пътуването. Надявам се, че беше интересно и че всичко това не го пишех напразно.
Пожелавам ти, %username%, да бъдеш твърд като титан, лек на крака като литий, неуступчив като индий и ценен като калий! И естествено, повече злато в джоба.
(можеш да заблестиш с този тост на следващото празненство — не благодари)
Източник: habr.com
