Kõige huvitavamad metallid

Kes ei kuula metalli — sellele pole jumal arukust andnud!

— Rahvatarkus

Tere, %username%.

gjf oleme taas ühenduses. Täna olen väga lühike, sest kuue tunni pärast tuleb tõusta ja sõitma hakata.

Ja täna tahan ma rääkida metallist. Kuid mitte sellest, mis on muusika — sellest saame rääkida kunagi õlle kõrvale, mitte Habré. Ja isegi mitte metallist — vaid metallidest! Ja tahan rääkida nendest metallidest, mis on mind elus põhjalikult üllatanud oma omadustega.

Kuna kõik edetabeli osalised eristuvad oma supervõimetega, ei tule võitjaid ega kohti. Tuleb — metalliline kümme! Nii et järjekorranumber ei tähenda midagi.

Lähme.

1. Elavhõbe

Elavhõbe on kõige vedelam metall: tema sulamistemperatuur on -39 °C. Seda, et ta on mürgine — ja isegi väga — olen juba kirjutanud, seetõttu ei hakka ma seda kordama.

Ajalooliselt on elavhõbedale peaaegu et palvetatud — ei imestagi, "vedel hõbe"! Alkeemikud uskusid, et just elavhõbedas peitub kuulus filosoofia kivi, näiteks Jabir ibn Hayyan arvates oli elavhõbe, olles vedel metal, "absoluutne": see on vaba kõikidest lisanditest, mis kuuluvad tahketele metallidele. Väävel — teine Hayyani imetlusobjekt — on tule element, mis on võimeline andma puhast "absoluutset" põletikku, seega kõik teised metallid (ja kuna see oli VIII sajand — neid ei olnud palju: seitse) on moodustatud elavhõbedast ja väävlist.

Kas VIII sajandi ajal või nüüd — kui segada elavhõbe ja väävel, saadakse must elavhõbesulfid (ja see on muide üks viis valatud elavhõbeda deaktiveerimiseks) — aga mingit metall ei saa. Seda tüütu ebaõnnestumist seletas Hayyan sellega, et vajalik on mingi "valmiv" element, mis mustast jamsist tooks meid metallini. Ja muidugi kõik kiiruselt otsima "valmijat", et saada kulda. Filosoofia kivi otsimise ajalugu kuulutati ametlikult avatuks.

%username%, sa praegu naerad alkeemikute üle — aga nad ikka saavutasid oma! Aastal 1947 tootsid ameerika füüsikud b-käämiseks Hg-197 isotoobi kaudu ainus stabiilne kuld isotoop Au-197. 100 mg elavhõbedast saadi lausa 35 µg kulda — ja need uhkeldavad nüüd Chicago teaduse ja tööstuse muuseumis. Nii et alkeemikud olid õiged — võimalik on! Ainult, et see on, kuradi kallis...

Muide, ainus alkeemik, kes ei uskunud, et kulda saab teistest metallidest teha, oli Abu Ali al-Hussein ibn Abdullah ibn al-Hasan ibn Ali ibn Sina — ja pimedate uskmatu jaoks — lihtsalt Avicenna.

Muide, elavhõbedaga konkureerib oma välimuse poolest veel üks metall — gallium. Selle sulamistemperatuur on 29 °C, koolis näidati mulle uhket trikki: käele pannakse tükk mingist metallist...
... ja nii see välja näeb

Muide, galliumit saab praegu osta alikast, et sellist trikki teha. Ei tea, kas see seal tollist läbi läheb.

2. Tiissen

Jõhkralt tiessen — see pole sulamishõbedat! See on kõige kõvem metall! Minu lapsepõlves ja nooruses kirjutati tiesseniga kõigis nendes klaasides ühistranspordis. Sest kriipis — ja jättis peene metallipulbri.

Kõik teavad, et tiessenit kasutavad selle kõvaduse ja kerguse tõttu lennunduses. Räägin mõnest huvitavast kasutusest.

Kui tiessen kuumeneb, hakkab see neelama erinevaid gaase — hapnikku, kloori ja isegi lämmastikku. Seda kasutatakse inertsete gaaside (näiteks argon) puhastusjaamades — gaasi puhutakse läbi torude, mis on täidetud tiessenihõlma ja kuumutatud 500-600 °C. Muide, sellel temperatuuril reageerib tiessenihõlm veega — hapnik neelatakse, vesinik antakse tagasi, kuid tavaliselt ei häiri vesinik inertsetes gaasides kedagi, erinevalt veest.

Valge tiidioksiid TiO2 kasutatakse värvides (näiteks tiiesenivärvides), samuti paberite ja plastiku tootmisel. Toidulisand E171. Muide, tiidioksiidi tootmisel jälgitakse kindlasti selle elemendi koostist — kuid mitte selleks, et saasteaineid vähendada, vaid et lisada "valget värvi": tuleb tagada, et värvivaid elemente — rauda, kroomi, vaske jne — oleks vähem.

Tiidi karbiid, tiidi diboriid, tiidi karbonaat — töödeldud karbiididega võrdsed kõvaduses. Puuduseks on see, et need on kergemad.

Tiidi nitridi kasutatakse tööriistade katmiseks, kirikute kupolite valmistamisel ja ehetes, kuna sellel on kulda meenutav värv. Kõik need "meditsiinilised sulamid", mis meenutavad kulda — see on tiidi nitridi kattekiht.

Üksikute teadlaste viimased saavutused on tõestanud, et nad suudavad luua sulamit, mis on tugevam kui titaan! Kuid selle saavutamiseks tuli segada palladiumi, räni, fosforit, germaaniumi ja hõbedat. Tootmiskulud sel juhul ei ole just madalad, seega valitses titaan taas.

3. Volframi

Volfram on ka elavhõbeda vastand: kõige kõrgem sulamistemperatuuriga metall, mille sulamistemperatuur on 3422 °C. Seda tuntakse alates 16. sajandist, kuid tuntud on olnud mitte metall, vaid mineraal volframiiit, milles sisaldub volfram. Muide, nimi Wolf Rahm tähendab karmide sakslaste keeles 'hundi koort': sakslased, kes sulatasid tina, ei sotsialiseerunud volframiiidi segunemisega, mis segas sulatamist muutes tina räbuks ('söömise tinalt nagu hundid lambale'). Metall ise saadi kätte umbes 200 aastat hiljem.

Tegelikult ei ole pildil volfram, vaid volframi karbiid, nii et kui sul on selline sõrmus käes, %username%, siis ära muretse liialt. Volframi karbiid on raske ja äärmiselt kõva ühend, mistõttu seda kasutatakse erinevaid osi, millega lüüakse; muide, 'võitmine' on 90% volframi karbiidist. Veelgi enam, head inimesed lisavad volframi karbiidi mürsu ja kuulide otsikutele. Kuid see pole ainus metall, hiljem räägin ka teisest.

Muide, kuigi volfram on raske — kuid hoolimata suurest tihedusest võrreldes tavalise ja odavama pliiga, osutub volframist kaitse kergemaks sama kaitseomaduste korral või tõhusamaks sama kaalu puhul. Tänu volframi kõrgele sulamistemperatuurile ja kõvadusele, mis teeb selle töötlemise keeruliseks, kasutatakse sellistes olukordades plastilisemaid volframi sulameid koos teiste metallidega või volframi (või selle ühendite) pulbrina polümeeribaasis. Tulemus on kergem ja tõhusam — kuid kallim. Nii et kui juhtub tuumakatastroof, %username%, vali endale volframist kaitse!

Ükskord suutsin oma 'igavese sõrmuse' peal mingi kemikaaliga laiku teha — ja ma isegi ei tea, millega. Nii et 'igavene' on see ainult tavainimeste jaoks)))

4. Uraan

Ainus looduslik metall, mida kasutatakse kütusena. Noh — tuumakütus.

Kui ma veel koolipoiss olin, kuid olin ülikooli lähedane (ma ei ütle, miks!), naersin ma alati, nähes, kuidas välisüliõpilased reageerisid, kui neile mikroskoobiga uraan-aksetaadi kristalle näidati. Seal on selline kvaliteetne reaktsioon. Kui välismaalastele öeldi sõna "uraan" — nad lendasid põrandalt ära. Kõik naersid.

Mulle on naljakas ja kurb, et nüüd arvavad paljud meie inimesed samuti, et uraan on kohutav, ohtlik ja häiriv. Hariduse langus on silmnähtav.

Tegelikult kasutati juba iidsetel aegadel looduslikku uraanioksiidi kollaste anumate tegemiseks. Näiteks Napolisse lähedal leiti kollase klaasi killuke, mis sisaldas 1% uraanioksiidi ja dateeritud 79. aastaga e.m.a. See ei paiska pimeduses ja ei kiirgu. Ma käisin Kaolistevetes Ukrainas, kus kaevandatakse uraanikontsentraati. Seal ei kiirga ja ei kiirgu keegi. Saladus on lihtne: looduslik uraan on nõrgalt radioaktiivne — mitte rohkem kui graniidid ja basalts, samuti terikoonid ja metrood. See uraan, mis on U-235, on isotoop, mida loodusest leidub vaid 0,7204%. Seda on nii vähe, et tuumatehnoloogid peavad seda isotoopi eraldama ja kontsentreerima ("rikastama") — nii lihtsalt reaktor ei tööta.

Muide, varem oli looduses U-235 rohkem — aja jooksul on see lihtsalt lagunenud. Ja kuna seda oli rohkem — oli tuumareaktori tegemine võimalik otse põlvili. Sõna otseses mõttes. Just nii juhtus Gabonis Oklo leiukohas umbes 2 miljardit aastat tagasi: ores voolas vesi, vesi — looduslik neutronite aeglustaja, mis vabanes uraan-235 lagunemisest — niisiis oli neutronite energiat just nii palju, kui oli vajalik uraan-235 tuuma hõivamiseks — ja läks käima ahelreaktsioon. Ja uraan põles seal mitusada aastat, kuni see ära põletati…

Avastasime selle palju hiljem, 1972. aastal, kui Pierre-la-Tehes (Prantsusmaal) asuvas uraani rikastamis tehases leiti Oklo uraani analüüsi käigus isotoopide koostise kõrvalekalle. Isotoobi U-235 sisaldus oli 0,717% asemel tavapärane 0,720%. Uraan ei ole vorst, siin on ülekaalu eest karm karistus: kõik aatomiteemad on range kontrolli all, et vältida jagatavate materjalide ebaseaduslikku kasutamist sõjaliseks otstarbeks. Seetõttu hakati teadlasi uurima, leiti veel mõned elemendid, nagu neodüüm ja ruteenium, ja mõisteti — U-235 on varastatud ja lihtsalt ära põlenud, nagu reaktorites. Loomulikult on aatomireaktor loodud iseenesest enne meid. Noh, nagu kõike muudki.

Vaesestatud uraan (see on siis, kui 235. on ära võetud ja antud aatomimeestele, ning alles on U-238) — raske ja kõva, meenutab omadustelt volframit, seetõttu kasutatakse seda seal, kus on vaja lüüa. Sellest on lugu endisest Jugoslaaviast: seal kasutati tugevdussuure, millel oli uraani sisaldav ots. Probleemid elanike seas olid, kuid mitte sugugi radiatsiooni tõttu: peen uraanipulber sattus kopsudesse, imendudes — ja andis vilju: uraan on neerudele toksiline. Nii see on — ja pole põhjust uuranil-atsetaadist kartma! Tõsi, Venemaa Föderatsiooni seadused seda ei tunne — seetõttu on igavene probleem keemiliste reaktiivide, mis sisaldavad uraani, sisenemisel — kuna ametnikule on uraan alati vaid üks.

Ja veel on olemas uraanist klaas: väike lisand uraani annab ilusa kollakasroheline fluorestsentsi.
Ja see, kurat, on ilus!


Muide, on väga kasulik pakkuda külalistele õunu või salatit, ja seejärel sisse lülitada veidi ultraviolettkiirgust ja näidata, kui ilus see on. Kui kõik on lõppenud imetlemisega — visake hädavajalikult: «Nojah, eks see on ju uraanist klaas…» Ja hammustage üks tükk õunast vaasist…

5. Osmium

Noh, kuna rääkisime raskest uraanist-volframist, on aeg nimetada kõige raskem metall — see on osmium. Selle tihedus on 22,62 g/cm3!

Siiski ei takista osmi keemist muutumast ka lenduvaks: õhus oksüdeerub see järk-järgult OsO4-ks, mis on lenduv — ja muide, väga mürgine. Jah, see on plaatina rühma element, kuid see oksüdeerub mõnusasti. Nimi "osmi" tuleneb vanakreekakeelsest sõnast ὀσμή — "lõhn" — just selle tõttu: kemikaalireaktsioonid osmiidiammi leeliselise sulami lahustumisel (lahustumatu plaatina jääk kuninglikus vedelikus) vees või happes kaasnevad ebameeldiva, püsiva lõhna eraldumisega OsO4-st, mis ärritab kurku ja meenutab kloori või mäda redis. Selle lõhna tundis Smithson Tennant (temast räägime hiljem), kes töötas osmiidi kallal — ja nii nimetas ta metalli. Ja ma tean, et osmi peab olema pulbrina ja seda tuleb kuumutada, et protsess intensiivsemalt toimuks — kuid igal juhul ei püüa ma kaua selle metalli läheduses viibida.

Muide, on olemas ka isotoop Os-187. Loomises on seda väga vähe, nii et osmiidist eraldatakse seda tsentrifugides massi eraldamise teel — just nagu uraan. Eraldamine kestab 9 kuud — jah, jah, tõepoolest, juba on võimalik laps saada. Seega on Os-187 üks kallimaid metalle, just selle sisu määrab loodusliku osmi hinna. Kuid ta ei ole kõige kallim, räägin sellest hiljem.

6. Iriidium

Kuna oleme plaatina rühmast rääkinud, tasub meenutada ka iriidiumi. Osmi haaras iriidiumilt kõige raskema metalli tiitli — aga vahe on vaid väikestes osades: iriidiumi tihedus on 22,53 g/cm³. Osmiid ja iriidium avati koos 1803. aastal inglise keemiku S. Tennanti poolt — mõlemad olid loodusliku plaatina saasteainetena, mis toodi Lõuna-Ameerikast. Tennant oli esimene mitmest teadlasest, kes suutis piisavas koguses saada lahustumatu jääki pärast plaatina koheldamist kuningliku vedelikuga ning määrata selles varem tundmatud metallid.

Aga erinevalt osmiist on iriidium — kõige, kurat, vastupidavam metall: tükina ei lahustu see mingites hapetes ega nende segudes! Üldse mitte! Isegi hirmus fluor haarab seda ainult 400-450 °C juures. Et iriidium siiski lahustada, peab seda sulandama leelistega — ja veel parem oleks, kui see toimuks hapniku voolus.

Iriidiumi mehaanilisi ja keemilisi tugevusi kasutatakse mõõtude ja kaalude toas – kilogrami standard on valmistatud plaatinoiridiumi sulamist.

Praegu ei ole iriid pankade metall, kuid ka siin toimub muutusi: 2013. aastal kasutas Rwanda keskpank esmakordselt iriidiumi ametlike müntide valmistamisel, laskes välja 999. puhtuse järgi valmistatud mündi. Iriidiumimünt oli nomineeritud 10 rwandise frangi väärtuses. Ja ma kurat — ma tahaks sellist münti!

Muide, nooruses lugesin „Noores tehnikas” mingit ulmejutte, kus poiss vahetas liiva iriidiumi vastu, kursiga 1:1 mingite tulnukatega keldris. Nendele oli nähtavasti vajalik räni! Jutu pealkirja ja autori olen juba unustanud. Aitäh! Wesha — meenus: V. Shibaev. Kaabel "seal".

7. KuldaLas see olla — kõik on näinud


Elus on sageli nii, et on tegelik ja formaalne meister. Kui iriidium on tegelik meister keemilises vastupidavuses, siis kuld on formaalne: see on kõige elektronegatiivsem metall, 2,54 Paulingu skaalal. Kuid see ei takista kulda lahustub hape segu, nagu tavaliselt — lauread kuuluvad rikkamatele.

Ja tõepoolest, praegu, tänu sellele, et Hiina ja Venemaa loobuvad USA dollarite varude kogumise poliitikast, minnes üle kullale, on kuld kõige kallim pankade metall: hinnalt on see ammu ületanud plaatina — ja terve plaatinagrupp üldiselt. Nii et hoia raha kullas, %username%!

Kuna alkeemia meetod kullakaevanduse kõrge hind, saadakse seda metallifraktsioonisisene tehas. Müntide tegemine toimub aga mündivärkides. Nagu inimene, kes on seal ja seal olnud, võin öelda: selliste ettevõtete töötajad, kes külastavad ala, kus on väärismetalle, kas riietuvad ümber — ning nende tööriietel ei ole ühtegi neeti või klambrit — pääsupiirded ei ole seal sarnased lennujaamades, seal on kõik rangem. Või kehtib nn "aluspesurežiim" — jah, jah, sa said õigesti aru: poiste ja tüdrukute pääsud — riietute juba sees. Kui sul on metallist implantaadi — hunnik dokumente, hunnik lubasid, iga kord kontrollitakse isiklikult, et implantaat on kohas, kus see peab olema.

Muide, kuidas sa arvad — kuidas on korraldatud pääsud rahatootmisettevõttes? Paberrahad ju ei helise!
Vastus on siin, aga mõtle veidi ise.Pärast tööd ei lasta kedagi välja, sealhulgas juhtkonda, enne kui kogu toode on arvestatud. Jah — kõik on rangelt. Siiski ei ole keegi vastu, kui raskeil aegadel maksti palk toote vormis.

8. Liitium

Erinevalt raskest osmiumist-iriidiumist on liitium kõige kergem metall, selle tihedus on vaid 0,534 g/cm3. See on alkaalmetall, kuid kõige vähem aktiivne kogu grupis: vees ei plahvata, vaid reageerib rahulikult, õhus samuti ei oksüdeeru eriti, ning seda ei ole lihtne süüdata: pärast 100 °C katab see nii hästi oksiidiga, et edasi ei oksüdeeru. Seetõttu ei hoita liitiumit ainukesena alkaalmetallidest naftas — miks, kui see on piisavalt inertne? Ja see on õnneks — oma madala tiheduse tõttu ujuks liitium naftas.

Looduslik liitium koosneb kahest isotoobist: Li-6 ja Li-7. Kuna aatom ise on nii väike, mõjutab üleliigne neutron oluliselt orbitaali raadiust ja elektroni ergastusenergiat, seega erineb nende kahe isotoobi tavaline aatlite spekter — seega on võimalik neid määrata isegi ilma igasuguse massispektrimeetrita — ja see on ainus erand looduses! Mõlemad isotoobid on tuumaenergeetikas väga olulised, muide, deuteridi Li-6 kasutatakse termotuumarelvade termopulbrina — ja rohkem ma ei ütle sellel teemal sõnagi!

Li kasutatakse psühhiaatria praktikas normoteraapiana maniaksete episoodide raviks ja ennetamiseks. Kui olin üliõpilane ja töötasin õppejõu juures, tuli meie juurde naine, kelle veri sisaldas plasma, milles tuli määrata liitium. Ühel hetkel otsustasin ma uurida, mida see liitium õieti tähendab (selleaegne internet ei olnud ju veel olemas). Ja sain teada... Järgmisel visiidil küsisin ma, kelle veri see tõepoolest on? Kui ta vastas, et see on tema veri, püüdsin ma edaspidi temaga isiklikult mitte kohtuda.

Nojah, liitium on liitium — seda leidub vahel isegi vees. Muide, Lvivis on vees seda päris palju.

9. Francium

Franciumil on terve hulk nimetusi. Esiteks on francium kõige haruldasem metall. Kõik, mis selle sisaldusega on, on täielikult radioaktiivne: see eksisteerib urani-235 ja toria-232 lagunemise vaheproduktilt. Franciumi üldine sisaldus maakoores hinnanguliselt on 340 grammi. Nii et pilt ülal ei ole musta augu foto, vaid umbes 200 000 franciumi aatomit magneto-optimas lukustuses. Kõik franciumi isotoobid on radioaktiivsed, kõige pikema elueaga isotoop on Fr-223, mille poolestusperiood on 22,3 minutit. Seetõttu on franciumi nii vähe.

Kuid sellegipoolest on franciumil kõige madalam elektropositiivsus kõigi teadaolevate elementide seas — 0,7 Paulingu skaalas. Seega on francium ka kõige kemikaalisemalt aktiivsem aluseline metall ja loob kõige tugevama alus — franciumi hüdroksiidi FrOH. Ja ära küsi, %username%, kuidas seda kõike määrati selle elemendi kohta, millest on vähe teada ja mille hulk iga 22,3 minuti järel väheneb poolteist korda, samas kui uurija kiirgab iga kord järjest eredamalt. Seetõttu on see kõik huvitav ja kaasahaarav, kuid franciumit praktiliselt ei kasutata kuskil.

10. Californiy/>

Kaliforniumi ei toodeta maailmas üldse, vaid seda valmistatakse kahes kohas: Dimetrovgradi Venemaal ja Oak Ridge'i riiklikus laboris Ameerikas. Ühe grammi kaliforniumi tootmiseks allutatakse plutoonium või kürüü pikkadele neutronkiirguse protseduuridele tuumareaktoris — ajavahemikus 8 kuud kuni 1,5 aastat. Kogu lagunemise seeria on järgmine: Plutonium-Americium-Kürium-Berkli-Kaliforniumi. Kaliforniumi-252 on ahelate lõppresultaat — seda elementi ei saa muuta raskemaks isotopiks, kuna selle aatom tuum justkui ütleb "aitäh, olen küll" ja reageerib neutronite mõjutusele nõrgalt.

Plutooniumi muutmisel kaliforniumiks laguneb 100% aatomitest 99,7%. Ainult 0,3% aatomitest hoitakse lagunemast tagasi ja läbivad kogu protsessi lõpuni. Ja toode tuleb ka eraldada! Isotoobi eraldamine toimub ekstsentriktsiooni, ekstraktsiooni kromatograafia meetodi või ioonvahetuse tõttu. Et anda sellele metalliline välimus, toimub reduktiivne reaktsioon.

Ühe grammi kaliforniumi-252 saamiseks kulub 10 kilogrammi plutoonium-239.

Aastane kaliforniumi-252 kaevandamine on 40-80 mikrogrammi ning spetsialistide hinnangul on maailma kaliforniumi kogus mitte rohkem kui 8 grammi. Seetõttu on kaliforniumi, täpsemalt kaliforniumi-252, maailma kõige kallim tööstuslik metall, ühe grammi hind on varieerunud 6,5 miljonist kuni 27 miljoni dollarini aastate lõikes.

Mõistlik küsimus: kellele see üldse vajalik on? Ketti selle eest ei saa, kallimale ei saa seda ringina kinkida. Asi on selles, et Cf-252-l on kõrge neutronite paljunemise koefitsient (üle 3). Üks gramm Cf-252 kiirgab umbes 3⋅1012 neutronit sekundi jooksul. Jah, potentsiaalselt on võimalik teha aatomipomm, kuid see on urani ja sama plutooniumi osas odavam, mistõttu kaliforniumi kasutatakse neutronite allikana erinevates uuringutes, sealhulgas tööstuslikes voolu neutron-aktiveerimise analüsaatorites konveieril. Muide, %username%, olen isiklikult näinud seda kaliforniumi väikses ampullis, mis võeti välja suurest kiirguskaitse anumast ja pandi kiirelt analüsaatori vajalikku kohta.

Selge on see, et sellise raha eest peab kaliforniumi olema mürgine, kuigi mitte nii hull, kui poloonium, mis tabab alfa-osakesi., aga neutronid – ka midagi. Aga tundub, et on küllalt kallis.

Noh, näib, et kõik on valmis – jääb veel umbes neli tundi magada enne teed. Loodan, et oli huvitav ja ma ei kirjutanud seda asjata.

Soovin sulle, %username%, olla tugev nagu titaan, kerge tõstmiseks nagu liitium, kindel nagu iriidium ja väärtuslik nagu kalifornium! No ja palju kulda taskusse, sellest ei saaks kahju.
(võid selle toosti järgmise peo ajal esitada – ära tänu mind)

Allikas: habr.com