Kdo neposlouchá metal, tomu bůh rozumu nedal!
— Lidové umění
Ahoj, %username%.
znovu na spojení. Dnes budu úplně stručný, protože za šest hodin musím vstávat a odjíždět.
A dnes chci mluvit o kovu. Ale ne o tom, který je hudbou — o tom můžeme mluvit někdy u půllitru piva, a ne na Habru. A dokonce ne o kovu — ale o kovech! A chci se podělit o ty kovy, které mě v životě nějakým způsobem ohromily svými vlastnostmi.
Jelikož všichni účastníci hitparády mají nějaké své super schopnosti, nebude žádná místa ani vítězů. Bude — kovová desítka! Takže pořadí nic neznamená.
Jdeme na to.
1. Rtuť
Rtuť je nejtekutější kov: její teplota tání je -39 °C. O tom, že je toxická — a to velmi — , a proto se nebudu opakovat.
Od dávných dob se na rtuť snad kromě modlení — vždyť, „tekuté stříbro“! Alchymisté věřili, že právě v rtuti se někde skrývá slavný philosopher's stone, například Džabir ibn Hajján považoval, že protože rtuť je tekutý kov, je „absolutní“: je prostá jakýchkoliv nečistot, které mají pevné kovy. Síra — další objekt obdivu Hajján, element ohně, je schopná dávat čistý „absolutní“ plamen, a proto všechny ostatní kovy (a protože to byl VIII. století — moc jich nebylo: sedm) jsou tvořeny z rtuti a síry.
Co v VIII. století, to dnes — smícháním rtuti a síry vznikne černý sulfid rtuti (a to je mimochodem jeden ze způsobů dekontaminace vylité rtuti) — ale rozhodně ne kov. Tuto nemilou neúspěch Hajján vysvětloval tím, že všem tupým chybí jakýsi „zrající“ prvek, který z černých nesmyslů povede k získání kovu. A samozřejmě, všichni se vrhli hledat „zrající prvek“, aby získali zlato. Historie hledání filosofického kamene byla oficiálně vyhlášena otevřenou.
%username%, ty se teď směješ alchymistům — ale doopravdy dosáhli svých cílů! V roce 1947 byli američtí fyzikové při beta rozpadu izotopu Hg-197 schopni získat jediný stabilní izotop zlata Au-197. Z 100 mg rtuti vytěžili celých 35 μg zlata — a to nyní zdobí Chicagské muzeum vědy a průmyslu. Takže alchymisté měli pravdu — vždyť to jde! Jen, sakra, drahé…
Mimochodem, jediným alchymistou, který nevěřil v možnost získání zlata z jiných kovů, byl Abú Alí al-Husayn ibn Abdalláh ibn al-Haasan ibn Alí ibn Síná — a pro tmavé nevěřící — jednoduše Avicena.
Mimochodem, s rtutí si velmi dobře konkurují další kov — galium. Jeho teplota tání je 29 °C, ve škole mi ukazovali efektní trik: na ruku se položí kousek nějakého kovu…
.. a co z toho vznikne
Mimochodem, galium si teď můžeš koupit na alíku, abys takový trik mohl ukázat. Nevím, zda však projde celní kontrolou.
2. Titan
Tvrdý titan — to není žádná rtuťová sliz! Je to — nejtvrdší kov! V mém dětství a mládí psali titanem na všech těch skle v veřejné dopravě, protože to škrábalo — a jemným kovovým prachem barvilo.
Všichni ví, že titan díky své tvrdosti a lehkosti se používá v letectví. Pověděl bych o několika zajímavých aplikacích.
Když se zahřeje, titan začíná pohlcovat různé plyny — kyslík, chlór a dokonce i dusík. To se využívá v zařízeních na čištění inertních plynů (např. argonu) — prohánějí ho trubkami naplněnými titanovou houbou, zahřátými na 500–600 °C. Mimochodem, při této teplotě titanová houba reaguje s vodou — kyslík je pohlcován, vodík je uvolňován, ale obvykle nikomu nevadí, že vodík je v inertních plynech, na rozdíl od vody.
Bílý oxid titanu TiO2 se používá v barvách (např. titanové bílé), ale také při výrobě papíru a plastu. Potravinářská přísada E171. Mimochodem, při výrobě oxidů titanu se důkladně kontroluje jeho chemické složení — ale ne proto, aby se snížily nečistoty, ale aby se přidala 'bělost': je potřeba, aby barvicí prvky — železo, chrom, měď atd. — byly v menším množství.
Titanový karbid, diborid titanu, karbonitrid titanu — konkurenti wolframového karbidu z hlediska tvrdosti. Nevýhoda je, že jsou lehčí.
Titaniový nitrid se používá k potahování nástrojů, kupolí kostelů a při výrobě bižuterie, protože má barvu podobnou zlatu. Všechny tyto 'lékařské slitině', připomínající zlato — to je povlak titaniovým nitridem.
Mimochodem, vytrvalí vědci nedávno přece jen vyrobili sloučeninu, která je tvrdší než titan! Jenže, abychom toho dosáhli, museli jsme smíchat palladium, křemík, fosfor, germánium a stříbro. Výsledek byl docela drahý, a tak opět zvítězil titan.
3. Wolfram
Wolfram je také opakem rtuti: je to nejtvrdší kov s teplotou tání 3422 °C. Známý je už od 16. století, i když spíše známý je minerál wolframit, který obsahuje wolfram. Mimochodem, název Wolf Rahm v jazyce přísných Němců znamená „vlčí smetana“: Němci, kteří tavili cín, velmi nesnášeli příměsi wolframitu, které ztěžovaly tavbu a měnily cín na pěnu strusky („požíraly cín jako vlk ovci“). Samotný kov byl izolován později, asi o 200 let.
To, co je na fotografii, není ve skutečnosti wolfram, ale karbid wolframu, takže pokud máš na ruce takový prsten, %username%, netrap se tím příliš. Karbid wolframu je těžká a extrémně tvrdá sloučenina — a proto se používá v různých dílech, kterými se mlátí, ostatně „porazí“ — to je 90 % karbidu wolframu. A ještě, karbid wolframu dobří lidé přidávají jako hrot pro průrazné střely a náboje. Ale nejen jeho, později ti povím o jiném kovu.
Mimochodem, i když je wolfram těžký — přesto, že má vyšší hustotu než tradiční a levnější olovo, ochrana z wolframu je při stejných ochranných vlastnostech méně těžká nebo výkonnější při stejné hmotnosti. Kvůli vysoké teplotě tání a tvrdosti wolframu, které ztěžují jeho zpracování, se v těchto případech používají plastické slitiny wolframu s přídavkem jiných kovů nebo suspenze práškového wolframu (nebo jeho sloučenin) v polymerní matrici. Výsledkem je lehčí a účinnější, ale pouze dražší. Takže v případě jaderného spadu, %username%, vezmi si wolframovou zbroj!
Mimochodem, na svém „věčném prstenu“ jsem tak nějak chemicky udělal skvrnu — a ani nevím čím. Takže „věčné“ je to jen u obyčejných lidí )))
4. Uran
Jediný přírodní kov, který se používá jako palivo. No — jako jaderné palivo.
Když jsem byl ještě školák, ale měl jsem blízko k univerzitě (neřeknu proč!), vždy mě pobavila reakce zahraničních studentů, když jim v mikroskopu ukazovali krystaly uran acetátu sodného. Je to taková kvalitní reakce. Když zahraničním studentům bylo řečeno slovo „uranil“ — doslova je to sfouklo dolů. Všichni se smáli.
Je mi smutno a legrační, že nyní i většina našich lidí považuje uran za děsivý, nebezpečný a hrozný. Pokles vzdělání je zřejmý.
Ve skutečnosti se už v dávných dobách používal přírodní oxid uranu k výrobě žlutého nádobí. Například poblíž Neapole byl nalezen kousek žlutého skla obsahující 1 % oxidu uranu, datovaný do roku 79 n. l. Nesmějí ve tmě svítit ani nevyzařují. Byl jsem ve Žlutých Vodách na Ukrajině, kde těží uranový koncentrát. Nikdo tam nesvítí ani nevyzařuje. A tajemství je jednoduché: přírodní uran je slabě rádioaktivní — ne více než granity a bazalty, stejně jako haldy a metro. Ten uran, který je URAN — je izotop U-235, jehož v přírodě je pouze 0,7204 %. Jeho je tak málo, že pro jaderné vědce je třeba tento izotop izolovat a koncentraci („obohatit“) — takhle jednoduše s tím reaktor nebude fungovat.
Mimochodem, dříve bylo v přírodě U-235 více — časem se zkrátka rozpadl. A protože ho bylo více — bylo možné udělat jaderný reaktor přímo na koleně. V pravém smyslu slova. Tak to dopadlo v Gabonu na nalezišti Oklo přibližně před 2 miliardami let: skrz rudu protékal voda, voda — přírodní moderátor neutronů, které vyletují při rozpadu uranu-235 — a energie neutronů byla přesně tolik, kolik bylo potřeba k zachycení jádrem uranu-235 — a spuštěla se řetězová reakce. A uran hořel několik století, dokud se nevyhořel…
Zjistili jsme to mnohem později, v roce 1972, když na uranové obohacovací továrně v Pierlatu (Francie) během analýzy uranu z Oklo byla nalezena odchylka od normy izotopového složení uranu. Obsah izotopu U-235 činil 0,717 % namísto obvyklých 0,720 %. Uran není salám, zde je nedovažené zboží přísně trestáno: všechny jaderné objekty podléhají přísné kontrole, aby se zabránilo nezákonnému použití štěpných materiálů pro vojenské účely. A proto se vědci začali zkoumat, našli další prvky, jako neodym a ruthenium, a pochopili – U-235 byl prostě už dříve ukraden, jako v reaktoru. To znamená, že jádrový reaktor příroda vynalezla dávno před námi. Ostatně, stejně jako vše.
Obohacený uran (to je, když byl 235. prvek odebrán a atomoví lidé dostali U-238) – je těžký a tvrdý, svými vlastnostmi připomíná wolfram, a proto se používá tam, kde je třeba úder. O tom existuje příběh z bývalé Jugoslávie: tam používali protitankové střely s nábojem obsahujícím uran. Měli problémy, ale rozhodně ne kvůli radiaci: jemný uranový prach se dostal do plic, vstřebával se – a přinášel plody: uran je toxický pro ledviny. A tak to je – a není třeba se bát uranového acetátu! Pravda, zákonům Ruské federace to nevadí – a proto věčné problémy s příjezdem chemických reaktivů obsahujících uran – protože pro úředníka je uran jen jeden.
A je tu také uranové sklo: malý přídavek uranu dodává krásnou žluto-zelenou fluorescenci.
A to je, sakra, krásné!
Mimochodem, je velmi užitečné nabídnout hostům jablka nebo salátek, a pak zapnout trochu ultrafialového světla a ukázat, jak je to krásné. Když všichni skončí s obdivem – lehce tak nepatrně říct: „No jo, ještě by, to je přece uranové sklo…“ A ukousnout kousek jablka z vázy…
5. Osmium
No, když jsme už mluvili o těžkých uranech-wolframech, je čas zmínit nejtěžší kov vůbec – to je osmium. Jeho hustota činí 22,62 g/cm3!
Nicméně osmium, byť je to nejhustší prvek, nic mu nebrání být také těkavé: na vzduchu se postupně oxiduje na OsO4, což je těkavé — a mimochodem velmi jedovaté. Ano — je to prvek platinové skupiny, ale velmi dobře se oxiduje. Název "osmium" pochází z древнегреческого ὀσμή — "vůně" — právě díky tomu: chemické reakce rozpouštění alkalického slitiny osmiriidia (nerozpustného zbytku platiny v královské vodě) ve vodě nebo kyselině jsou provázeny uvolněním nepříjemného, silného zápachu OsO4, který dráždí hrdlo, podobného zápachu chlóru nebo hnijící řepy. Tento zápach pocítil Smithson Tennant (o něm později), který pracoval s osmiriidiem — a tak pojmenoval tento kov. A vím, že osmium musí být v prášku a je třeba ho zahřát, aby proces postupoval intenzivně — ale v žádném případě se nevydávám dlouho pobývat poblíž tohoto kovu.
Mimochodem, existuje ještě izotop Os-187. V přírodě je ho velmi málo, a proto je z osmium extrahován na centrifugách procesem hmotnostní separace — přesně jako uran. Oddělení trvá 9 měsíců — ano, ano, už je to dost, aby se dalo porodit. A proto je Os-187 jedním z nejdražších kovů, jehož obsah určuje tržní cenu přírodního osmium. Ale není nejdražší, o tom vám povím níže.
6. Iridium
Pokud už jsme zmínili platinovou skupinu, měli bychom si také vzpomenout na iridium. Osmium sebralo iridiu titul nejhustšího kovu — ale rozděleni byly jen o kousek: hustota iridia je 22,53 g/cm3. Osmium s iridiem byly dokonce objeveny společně v roce 1803 anglickým chemikem S. Tennantem — oba se jako nečistoty nacházely v přírodní platiny, která byla přivezena z Jižní Ameriky. Tennant byl prvním mezi několika vědci, kdo dokázal získat v dostatečném množství nerozpustný zbytek po působení na platinu královské vody a určit v něm dříve neznámé kovy.
Ale na rozdíl od osmium je iridium — nejvíc, sakra, odolný kov: ve formě ingotu se nerozpouští v žádných kyselinách a jejich směsích! Opravdu! Dokonce i hrozivý fluor ho bere pouze při 400-450 °C. Abychom iridium přece jen rozpustili, musíme ho sloučit s alkalickými roztoky — a to ještě nejlépe v toku kyslíku.
Mechanická a chemická pevnost iridia se používá v Paláci mír a váhy – etalon kilogramu je vyroben ze slitin platiny a iridia.
V současnosti iridium není bankovní kov, ale i zde došlo k posunům: v roce 2013 bylo iridium poprvé na světě použito k výrobě oficiálních mincí Národní bankou Rwandy, která vydala minci z čistého kovu 999. prob. Iridiová mince byla vydána v nominální hodnotě 10 rwandských franků. A sakra – chtěl bych takovou minci!
Mimochodem, v hlubokém mládí jsem v ‚Mladém technikovi‘ kdysi četl nějakou fantastickou povídku, kde kluk k úspěchu šel tak, že měnil písek na iridium v kurzu 1:1 s nějakými mimozemšťany ve sklepě. No, jim byl prý potřebný křemík! Název a autora povídky už si ani nevzpomenu. Děkuji. — V. Shibaev. Kabel "odtamtud".
7. ZlatoNenech to, všichni to viděli
V životě často bývá, že je skutečný a formální šampion. Pokud je iridium skutečným šampionem chemické odolnosti, pak zlato je formálním: je to nejelektronegativnější kov, 2,54 podle Paulingovy stupnice. Ale to nezabrání zlatu rozpouštět se v kyselinových směsích, takže jako obvykle jsou laury dány tomu, kdo je bohatší.
A skutečně, v současnosti, díky tomu, že Čína a Ruská federace se odklánějí od politiky akumulace zlatých devizových rezerv v dolarech USA k politice akumulace samotného zlata, zlato je nejdražší bankovní kov: podle ceny dávno předstihlo platinu – a vůbec celou skupinu platiny. Tak si ukládejte peníze do spořicí kasičky se zlatem, %username%!
Jelikož alchymistický způsob získávání zlata se ukázal jako nákladný, získává se tento kov v rafinérských závodech. A mince se již vyrábějí na mincovnách. Tak jako člověk, který navštívil oboje, mohu říct: pracovníci takových podniků při návštěvě zóny, kde se nachází drahý kov, buď převlékají — a na pracovním oblečení není ani jediná špendlíková nebo svorková spona — rámy na vstupu nejsou zdaleka takové jako na letištích, tam je to mnohem přísnější. Nebo platí takzvaný „nahý režim“ — ano, správně jsi pochopil: vstup pro chlapce a vstup pro dívky — obléknete se už uvnitř. Pokud máš implantát z kovu — hromada papírů, hromada povolení, pokaždé individuálně kontrolují, že implantát je na místě, kde má být.
Mimochodem, co si myslíš — jak jsou organizovány vstupy na bankovních dvorech? Papíry přece nezvoní!
Odpověď je zde, ale na chvíli se zamysli sám.Po práci nikoho nepouštějí, včetně vedení, dokud nepočítají veškerou produkci. Ano — všechno je přísné. Zato nikdo nemá nic proti, když během těžkých časů vypláceli mzdy v podobě produkce.
8. Lithium
Na rozdíl od těžkých osmijednoduchých iridií je lithium nejlehčím kovem, jeho hustota je pouhých 0,534 g/cm3. Je to alkalický kov, ale nejméně reaktivní ze všech skupin: ve vodě neexploduje, ale klidně reaguje, na vzduchu se také moc neoxiduje a zapálit ho není snadné: po 100 °C se tak dobře pokryje oxidem, že se pak už neoxiduje. Proto lithium je jediný alkalický kov, který se neskladuje v petroleji — proč, když je dost inertní? A to je naštěstí — díky své nízké hustotě by lithium plavalo v petroleji.
Přírodní lithium se skládá ze dvou izotopů: Li-6 a Li-7. Jelikož je samotný atom tak malý, přebytečný neutron významně ovlivňuje poloměr orbitalu a energii vzrušení elektronů, a proto se běžné atomové spektrum těchto dvou izotopů liší — a tím pádem je možné je určovat i bez jakýchkoliv hmotnostních spektrometrů — a to je jediné výjimka v přírodě! Oba izotopy jsou velmi důležité v jaderné energetice, mimochodem, deuterid Li-6 se používá jako termonukleární prach v termonukleárních zbraních — a víc na to téma neřeknu!
Lithium is also used by psychiatrists as a mood stabilizer for the treatment and prevention of mania. When I was a student, I worked part-time at the department, and a lady would come to us with blood plasma where we had to determine lithium levels. At some point, I decided to look into the literature (as there was no internet back then) to understand why it was necessary to determine lithium at all. And I found out... During her next visit, I casually asked her whose blood it was. When she replied that it was hers, I made a greater effort to avoid meeting her in person.
Well, it's just lithium and lithium, it can even be detected in water sometimes. By the way, in Lviv, there's quite a lot of it in the water.
9. Francium
Francium has a whole set of titles. First of all, francium is the rarest metal. All its content is completely radiogenic: it exists as an intermediate product of the decay of uranium-235 and thorium-232. The total content of francium in the Earth’s crust is estimated at 340 grams. So the spot in the picture above is not a photo of a black hole in profile, but about 200,000 francium atoms in a magneto-optical trap. All isotopes of francium are radioactive; the longest-lived isotope, Fr-223, has a half-life of 22.3 minutes. This is why francium is so scarce.
Nevertheless, francium has the lowest electronegativity of all known elements, at 0.7 on the Pauling scale. Accordingly, francium is also the most chemically active alkali metal and forms the strongest alkali — francium hydroxide (FrOH). And don’t ask, %username%, how they determined all of this with an element that is hardly there, and whose quantity decreases every 22.3 minutes while the researcher themselves glows brighter. Therefore, while this is all interesting and fascinating, francium is practically not used anywhere.
10. Californium
/>
V Kalifornii tento prvek vůbec neexistuje, vyrábí se na dvou místech: v Dimitrovgradu v RF a v Oak Ridge National Laboratory v USA. K produkci jednoho gramu kalifornia je plutonium nebo curium dlouhodobě vystaveno neutronovému záření v jaderném reaktoru — od 8 měsíců do 1,5 roku. Celá řada rozpadů vypadá takto: plutonium-americium-curium-berkelium-kalifornia. Kalifornium-252 je konečným výsledkem řetězce — tento prvek nelze přeměnit na těžší izotop, protože jeho jádro jakoby říká "děkuji, mám dost" a slabě reaguje na vliv neutronů.
Na cestě k přeměně plutonia na kaliforniu z 100 % jader se 99,7 % rozpadne. Pouze 0,3 % jader se udrží proti rozpadu a projde celým procesem až do konce. A navíc, je třeba produkt oddělit! Izotop se extrahuje metodou extrakce, extrakční chromatografie nebo iontové výměny. Aby získal kovový vzhled, probíhá redukční reakce.
Na výrobu jednoho gramu kalifornia-252 se spotřebuje 10 kilogramů plutonia-239.
Roční množství získávaného kalifornia-252 činí 40–80 mikrogramů, a podle odhadů odborníků je celosvětový zásobní stav kalifornia maximálně 8 gramů. Proto je kalifornium, přesněji kalifornium-252, nejdražší průmyslový kov na světě, jehož cena za gram se v různých letech pohybovala od 6,5 do 27 milionů dolarů.
Logická otázka: komu to vlastně potřebujeme? Řetěz z něj na krk nevyrobíš, oblíbené jako prstenek nenadělíš. Fakt je, že Cf-252 má vysoký koeficient množení neutronů (více než 3). Gram Cf-252 vyzařuje přibližně 3⋅10^12 neutronů za sekundu. Ano, teoreticky je možné vyrobit atomovou bombu, ale z uranu a stejného plutonia je to levnější, proto se samo kalifornium používá jako zdroj neutronů v různých výzkumech, včetně průmyslových neutronově aktivačních analyzátorů na dopravníku. Mimochodem, %username%, osobně jsem viděl toto kalifornium jako malou ampulku, kterou vytáhli z velkého soudku radioprotekce a rychle ji zahnali do potřebného místa v analyzátoru.
Je jasné, že za takové peníze musí být kalifornium jed, i když ne tak silný, , ale neutrony nejsou k zahození. Ale je to samozřejmě drahé.
No, vypadá to, že všechno — zbývá spát asi čtyři hodiny před cestou. Doufám, že to bylo zajímavé, a že jsem to celé psal nadarmo.
Přeji ti, %username%, abys byl pevný jako titan, lehký jako lithium, neoblomný jako iridium a cenný jako kalifornium! No a ať máš víc zlata v kapse samozřejmě.
(můžeš se tímto přípitkem pochlubit na příští oslavě — děkuj mi později)
Zdroj: habr.com
