Kõige huvitavamad metallid

Kes ei kuule metalli — sellele pole mõistuse jumal andnud!

— Rahvalooming

Tere, %username%.

gjf taas ühenduses. Täna olen täiesti lühike, sest kuue tunni pärast pean tõusma ja minema.

Täna räägin ma metallist. Kuid mitte sellest, mis on muusika — sellest võime rääkida kunagi õllekausside taga, mitte Habrale. Ja isegi mitte metallist, vaid metallidest! Räägin nendest metallidest, mis on mind elus millegipärast oma omadustega üllatanud.

Kuna kõik edetabeli osalejad eristuvad oma supervõimetega, pole kohti ega võitjaid. Otsustasime — metallide kümme! Nii et järjekorranumber ei tähenda midagi.

Hakkame pihta.

1. Elavhõbe

Elavhõbe on kõige vedelam metal: selle sulamistemperatuur on -39 °C. Et see on mürgine — ja isegi väga — olen juba kirjutanud, seega ei hakka ma sellest enam kordama.

Ajal, millega on seotud elavhõbe, on peaaegu kultuslik — eks ikka, "vedel hõbe"! Alkeemikud uskusid, et just elavhõbedas peitub kuulus filosoofide kivi, näiteks Jabir ibn Hayyan arvas, et kuna elavhõbe on vedel metall, siis on see "absoluutne": see on vaba kõigist lisanditest, mis on iseloomulikud tahkele metallile. Säärlane — teine Hayjani imetletud objekt — on tulelement, mis suudab anda puhta "absoluutse" leegiga, seega on kõik teised metallid (arvestades, et see oli VIII sajand — neid oli vähe: seitse) moodustatud elavhõbedast ja väävlitest.

Kui VIII sajandi ajal kui ka nüüd — kui segada elavhõbedat ja väävlit, siis saadakse musta elavhõbe sulfidi (ja see on muide üks viis elavhõbeda kokkupuute desaktiveerimiseks) — kuid mitte metall. Selle piinlikku ebaõnnestumist selgitas Hayyan sellega, et kõigil lammaste sulatamisel on puudu mingi "valmistaja", mis mustast jamast viib metallini. Ja muidugi asuti kõik inimesed otsima "valmistajat", et saada kulda. Filosoofide kivi otsimise lugu kuulutati ametlikult avatuks.

%username%, sa sa nüüd alkeemikute üle naerad — aga nad saavutasid tõepoolest oma! 1947. aastal suutsid Ameerika füüsikud hooletuse lagunemise korral Hg-197 isotoopist toota ainus stabiilne kullaisotoop Au-197. 100 mg elavhõbedast eraldati kokku 35 mikrogrammi kulda — ja see on nüüd Chicagos teaduse ja tööstuse muuseumis. Nii et alkeemikud olid õiged — see on võimalik! Lihtsalt, kurat, see on kallis…

Muide, ainus alkeemik, kes ei uskunud, et kulda saab teistest metallidest toota, oli Abu Ali al-Husein ibn Abdallah ibn al-Hasan ibn Ali ibn Sina — ja pimedate uskmatusest lihtsalt Avicenna.

Muide, elavhõbedaga konkureerib väga oma olemuselt teine metall — gallium. Selle sulamistemperatuur on 29 °C, koolis näidati mulle muljetavaldavat nippi: käele asetatakse tükk mingist metallist…
.. ja see on tulemus

Muide, galliumi saab praegu osta alikast, et sellist nippi näidata. Ei tea, kas see tolli läbib.

2. Titan

Karmine titaan ei ole mingi elavhõbe! See on kõige kõvem metall! Minu lapsepõlves ja nooruses kirjutati titaaniga kõigil nendel klaasidel ühistranspordis. Sest see kriipis ja värvis peene metallipulbri abil.

Kõik teavad, et titaani kasutatakse tänu selle kõvadusele ja kergusele lennunduses. Räägin mõnedest huvitavatest rakendustest.

Kuumenedes hakkab titaan neelama erinevaid gaase — hapnikku, klori ja isegi lämmastikku. Seda kasutatakse inertsete gaaside puhastusrajatistes (näiteks argon) — see puhutakse läbi torude, mis on täidetud titaani svammiga ja kuumutatud 500-600 °C-ni. Muide, sellel temperatuuril reageerib titaani svamm veega — hapnik neelatakse, vesinik vabastatakse, kuid tavaliselt ei häiri vesinik inertsetes gaasides kedagi, erinevalt veest.

Valge titaanidioksiid TiO2 kasutatakse värvides (näiteks titaani valged), samuti paberi ja plastiku tootmisel. Toidulisand E171. Muide, titaanidioksiidi tootmisel kontrollitakse kindlasti selle elemendikoostist — kuid mitte selleks, et vähendada lisandeid, vaid et lisada "valget värvi": tuleb tagada, et värvivaid elemente — rauda, kromi, vaske jne — oleks vähem.

Titaankarbidi, diboriidtitaani, karbontriidi titaani — wolframi konkureerijad kõvaduse poolest. Puuduseks on, et need on kergemad.

Titaannitriidi kasutatakse tööriistade, kirikute kuplite ja ehete tootmiseks, kuna selle värv on sarnane kuldsele. Kõik need "meditsiinilised sulamid", mis sarnanevad kuldsele — on titaannitriidi kattekiht.

Muide, usinad teadlased tegid hiljuti siiski sulami, mis on kõvem kui titaan! Ainult et selle saavutamiseks tuli segada palladiumi, räni, fosforit, germaaniumi ja hõbedat. Asi tuli kallis, seega võitis jälle titaan.

3. Volfram

Volfram on samuti elavhõbeda vastand: kõige sulamistemperatuuriga metall, mille sulamistemperatuur on 3422 °C. Seda on tuntud juba alates 16. sajandist, kuigi tuntud on mitte metall ise, vaid mineraal volframidi, milles volfram sisaldub. Muide, nimi Wolf Rahm tähendab karmide sakslaste keeles 'huntide koort': sakslased, kes sulatasid tina, ei pidanud kunagi volframidi lisandeid, mis segasid sulatamist, kuna see muutis tina saepuru slagideks ('neelab tina nagu hunt lambakest'). Ise metall eraldati hiljem, umbes 200 aastat hiljem.

See, mis fotol on, ei ole tegelikult volfram, vaid volframikarbidi. Nii et kui sul on selline sõrmus käes, %username%, siis ära muretse liiga palju. Volframikarbidt on raske ja üli kõva ühend, mistõttu seda kasutatakse igasugustes detailides, millega lööakse, ja muide 'võidab' — see on 90% volframikarbidi. Lisaks kasutatakse volframikarbidi headel inimestel mürskude ja kuulide otsana. Kuid mitte ainult seda, räägin hiljem teisest metallist.

Muide, kuigi volfram on raske, osutub see võrreldes traditsioonilise ja odavama pliiga suurima tiheduse tõttu kergemaks sama kaitsevõime korral või efektiivsemaks sama kaalu puhul. Kuna volframi sulamistemperatuur ja kõvadus muudavad töötlemise keeruliseks, kasutatakse sellistel juhtudel volframist plastilisemaid sulameid koos teiste metallide või volframi (või selle ühendite) pulbri suspensiooniga polümeerbaasis. Tulemuseks on kergem ja efektiivsem, aga ainult kallim. Nii et kui juhtud Fallout'i, %username%, vali endale volframist kaitseriietus!

Muide, oma "igavese sõrmuse" peal suutsin ma mingisuguse keemiaga täpi teha – ei tea isegi millega. Nii et "igavene" see on ainult tavalistele inimestele )))

4. Uraan

Ainuke looduslik metall, mida kasutatakse kütusena. Noh – tuumakütus.

Kui ma veel koolis olin, kuid sain ülikooli sisse (ma ei ütle, kuidas!), siis naersin alati, kui nägin, kuidas välismaised tudengid reageerisid, kui neile mikroskoobi kaudu uraniil-atsetaat-kristalle näidati. See reaktsioon on tõeliselt huvitav. Kui välismaalastele öeldi sõna „uraniil”, siis nad lihtsalt lendasid põrandalt. Kõik naersid.

Mulle on naljakas ja kurb, et nüüd arvavad ka paljud meie inimesed, et uranium on hirmutav, ohtlik ja kohutav. Hariduse langus on selgelt nähtav.

Tegelikult, juba iidsetest aegadest alates on looduslikku uraanioksiidi kasutatud kollaste nõude valmistamiseks. Näiteks Neapoli lähedalt leiti kollase klaasi tükike, mis sisaldas 1% uraanioksiidi ja oli dateeritud aastasse 79 pKr. See ei kuma pimeduses ega säde. Olin Kollastes Vetedes Ukrainas, kus kaevandatakse uraanist kontsentraati. Seal ei kuma keegi ja ei säde. Selgitus on lihtne: looduslik uraan on nõrgalt radioaktiivne — mitte rohkem kui graniidid ja basaltid, samuti terikoonid ja metroo. See uraan, mis on Uraan — see on isotoop U-235, mida looduses on vaid 0,7204%. Teda on nii vähe, et tuumateadlased peavad selle isotoobi eraldama ja kontsentreerima ("rikastama") — muidu ei tööta reaktor lihtsalt.

Muide, varem oli looduslike U-235’is rohkem — lihtsalt aja jooksul lagunes see. Ja kuna seda oli rohkem, oli võimalik teha tuumareaktor peaaegu kohapeal. Tõeliselt. Just nii juhtus Gabonis Oklo leiukohas umbes 2 miljardit aastat tagasi: mineraalide kaudu voolas vesi, vesi — looduslik neutronite aeglustaja, mis tekib uraan-235 lagunemisel — ja nii oli neutronite energiat just piisavalt, et uraan-235 tuuma kinni püüda — seega läks ahelreaktsioon käima. Ja uraan põles end mõnede sadade aastate jooksul, kuni see ära lagunes…

Seda avastati oluliselt hiljem, 1972. aastal, kui Pléville'i (Prantsusmaa) uraani rikastamisjaamas leiti Oklost analüüsi käigus uraani isotoopide koostisest kõrvalekalle. U-235 isotoobi sisaldus oli 0,717% asemel tavaliste 0,720% asemel. Uraan ei ole vorst, siin on alakaalu rangelt keelatud: kõik tuumaobjektid on rangelt kontrollitud, et vältida fissioonimaterjalide ebaseaduslikku kasutamist sõjalistel eesmärkidel. Seetõttu hakkasid teadlased uurima, leidsid veel paar elementi, nagu neodüüm ja ruttžium, ning mõistsid, et U-235 on varastatud ja lihtsalt ära kulunud, nagu reaktoris. Teisisõnu, tuuma reaktori leidis loodus ammu enne meid. Nagu ka kõike muud.

Keskmiselt rikastatud uraan (see on siis, kui 235. element on ära võetud ja antud aatomiteadlastele, kuid U-238 jääb alles) on raske ja kõva, sarnaneb omadustelt volframi ning seetõttu kasutatakse seda täpselt seal, kus on vaja lüüa. Sellest on ühe ajaloo järgi endisest Jugoslaaviast: seal kasutati urani sisaldavaid soomusnaelu. Rahvastikul olid probleemid, kuid mitte radiatsiooni pärast: peen urani tolm sattus kopsudesse, imendunud — ja andis vilju: uraan on neerudele toksiline. Nii et nii see on — ja pole mingit põhjust karta uraniatsetaati! Tõsi, Venemaa seadustes seda ei mainita — seega on igavesed probleemid urani sisaldavate keemiliste reaktiivide sisseveoga — sest ametniku jaoks on uraaniga alati ainult üks asi.

Ja on olemas ka urani klaas: väike lisand urani annab kauni kollakas-roheline fluorestsentsi.
Ja see, peab ütlema, on ilus!


Muide, on väga kasulik pakkuda külalistele õunu või salatit, seejärel natuke ultraviolettvalgust sisse lülitada ja näidata, kui ilus see on. Kui kõik on lõpetanud imetlemise — siis kuidagi juhuslikult visata: „Nojah, eks see ole ju urani klaas...” Ja hammustada tükike õunast vaasist...

5. Osmium

Kui me juba rääkisime raskest volframist, siis on aeg nimetada kõige raskem metall - see on osmium. Selle tihedus on 22,62 g/cm³!

Kuid osmium, olles kõige raskem, ei takista seda olemast ka lenduv: õhus oksüdeerub see järk-järgult OsO4-ks, mis on lenduv - ja muide, väga mürgine. Jah, see on plaatinagruppi kuuluv element, kuid see oksüdeerub täielikult. Nimi "osmium" tuleb iidse kreeka sõnast ὀσμή - "lõhn" - just tänu sellele: keemilised reaktsioonid osmiriidi leeliselise sulami lahustumisel (lahustumatu plaatina jääk kuninglikus vees) vees või happes kaasnevad ebameeldiva, tungiva lõhna vabanemisega OsO4, mis ärritab kurku ja sarnaneb kloori või mädanenud redis lõhnaga. Selle lõhna tundis Smithson Tennant (temast räägime hiljem), kes töötas osmiriidiga - ja nii ta nimetas metalli. Ja ma tean, et osmium peab olema pulbrina ning seda tuleb kuumutada, et protsess intensiivsemalt käiks - kuid igal juhul ei soovi ma kaua selle metalli lähedal viibida.

Muide, on veel üks isotoop Os-187. Looduses on seda väga vähe, mistõttu eraldatakse osmiumist seda tsentrifuugide teel masside eraldamise abil — sama nagu uraaniga. Eristamine võtab aega 9 kuud — jah, tõepoolest, võib juba sünnitada. Seetõttu on Os-187 üks kallimaid metalle, just selle sisaldus määrab loodusliku osmiumi turuhinna. Kuid see ei ole kõige kallim, sellest räägin allpool.

6. Iriidium

Kuna rääkisime plaatina grupist, siis tasub meenutada ka iriidiumi. Osmium varastas iriidiumilt kõige raskema metalli tiitli — kuid nad lahkusid täpselt sendiga: iriidiumi tihedus on 22,53 g/cm3. Osmium ja iriidium avastati koos 1803. aastal inglise keemiku S. Tennanti poolt — mõlemad olid looduslikus plaatinas, mis toodi Lõuna-Ameerikast, olemasolevad lisandid. Tennant oli esimene mitmest teadlasest, kes suutis plaatinale kuningas vee mõjude järel piisavalt suures koguses lahustumatu jääki saada ja määrata seal varem teadmata metallid.

Kuid erinevalt osmiumist on iiri—kõige, pagan, vastupidav metall: tükina ei lahustu see üheski happes ega nende segu! Üldse mitte! Isegi hirmuäratav fluor saab temaga hakkama ainult 400-450 °C juures. Et ikka iiri lahustada, tuleb see sulatada leelistega — ja veel eelistatavalt hapniku voolus.

Iiri mehaanilist ja keemilist tugevust kasutatakse Kaalude kambris — plaatinoiriidist sulamist on valmistatud kilogrammi standard.

Praegu ei ole iiri pankurite metall, kuid ka selles osas on toimunud muutusi: 2013. aastal kasutati iiri esmakordselt maailmas ametlike müntide valmistamiseks Ruanda keskpanga poolt, kes välja andis 999. prooviga puhtast metallist mündi. Iiri münt lasti välja 10 ruandia frangi nimiväärtusega. Ja kurat — ma tahaksin sellist münti!

Muide, nooruses lugesin "Noore tehnika" ajakirjas kunagi mingi ulmejutu, kus noormees, kes edu poole püüdles, suutis vahetada liiva iiri vastu kursiga 1:1 mingite sealsete tulnukatega keldris. Näed, neil oli vaja räni! Jutu pealkirja ja autorit ei mäleta enam. Aitäh. Wesha — meenutas: V. Shibaev. Kaabel 'sealt'.

7. KuldaÄra usu — kõik on näinud


Elus juhtub tihti, et on olemas tõeline ja formaalne meister. Kui iiriium on tõeline meistrite tõhususe osas, siis kuld on formaalne: see on kõige elektronegatiivsem metall, 2,54 Paulingu skaalal. Kuid see ei takista kulda lahustumast hapete segudes, nii et nagu tavaliselt — au on saanud sellele, kes on rikkam.

Ja tõesti, hetkel, tänu sellele, et Hiina ja Venemaa loobuvad USA dollari reservide kogumise poliitikast kulda, on kuld kõige kallim pangametall: hinna poolest on see juba ammu platina eksperti hirmutanud — ja üldse kogu platinagruppi. Nii et hoia raha kuldse hoiusehinnaga, %username%!

Kuna alkeemiline kullakaevandus osutus liiga kalliks, saadakse seda metalli rafineerimistehastes. Raha valmistatakse aga juba mündipressides. Nii et kui inimene, kes on käinud mõlemas kohas, ütlen ma, et selliste ettevõtete töötajad, külastades ala, kus on väärismetall, kas vahetavad riided — ning tööriietes pole ühtegi õmblusniiti või klamber — kontrollid ei ole nagu lennujaamades, seal on see rangem. Või on veel nn "alasti režiim" — jah, jah, sa said aru õigesti: poiste värav ja tüdrukute värav — riietuda tuleb juba sees. Kui sul on metallist implantaat – hunnik tõendeid, hunnik lubasid, iga kord kontrollitakse individuaalselt, et implantaat on seal, kus peab olema.

Muide, kuidas arvate, kuidas on organiseeritud läbipääs rahapressis? Rahad ei helise ju!
Siin on vastus, aga mõtle veidi ise.Pärast tööpäeva ei lasta kedagi välja, sealhulgas juhtkonda, kuni kogu toode on kokku loetud. Jah – kõik on rangelt. Aga keegi ei ole vastu, kui rasketel aegadel maksti palka toodetega.

8. Liitium

Erinevalt raskest osmiumist ja iiridiumist on liitium kergemaid metallidest, mille tihedus on vaid 0,534 g/cm³. See on alkaalne metall, aga kõige mitteaktiivsem kogu grupis: vees see ei plahvata, vaid reageerib rahulikult; õhus ei oksüdeeru ka väga kiiresti ning selle süütamine on keeruline: temperatuuril üle 100 °C katab see end nii hästi oksiidiga, et edasi ei oksüdeeru. Seetõttu ei hoita liitiumit ainukesena alkaalmetallide seas turpentiinis — milleks, kui see on piisavalt inertsne? Ja see on heameel — oma madala tiheduse tõttu jääks liitium turpentiini pinnale floatima.

Looduslik liitium koosneb kahest isotoobist: Li-6 ja Li-7. Kuna aatom ise on nii väike, mõjutab liigne neutron oluliselt orbitraadiust ja elektronide erutuse energiat, seetõttu erineb nende kahe isotoobi tavaline aatomispektrum — seega on võimalik neid määrata isegi ilma massispektromeetriteta — ja see on ainus erand looduses! Mõlemad isotoobid on tuumaenergeetikas väga olulised; muide, deuteerid Li-6 kasutatakse termotuumasoorena termotuuma relvades — ja rohkem ma ei ütle sellest teemast ühtegi sõna!

Liitiumit kasutavad psühhiaatrid ka normometikuna maniade raviks ja ennetamiseks. Kui olin üliõpilane, töötasin osalise ajaga teaduskonnas, kuhu tuli üks naine plasma verega, milles pidi määrama liitiumi. Ühel hetkel otsustasin uurida kirjandust (internet polnud veel olemas), et mõista, miks üldse liitiumi määrata? Sain teada… Järgmise visiidi ajal küsisin naiselt juhuslikult, kelle veri see üldse oli? Kui ta vastas, et tema oma, püüdsin enamiku ajast temaga isiklikult mitte kohtuda.

Noh, liitium on liitium, seda leidub vahel isegi vees. Üks huvitav asjaolu: Lvovis on vees seda üsna palju.

9. Francium

Francium on mülgede haruldane element. Esiteks, francium on ülimalt haruldane metall. Selle kogu sisaldus on täielikult radioaktiivne: see eksisteerib uraani-235 ja toa-232 lagunemisprotsessi vaheproduktina. Franciumi kogus maapinnas hinnatakse 340 grammile. Seega pole ülaltoodud pilt musta augu foto, vaid ligikaudu 200 000 franciumi aatomit magnetilis-optilises püünises. Kõik franciumi isotopid on radioaktiivsed, kõige pikem eluea isotop – Fr-223 – omab poolestusaja pikkust 22,3 minutit. Seetõttu on franciumi sisaldus nii madal.

Sellegipoolest on franciumil kõige madalam elektronegatiivsus kõigist praegu tuntud elementidest, olles 0,7 Paulingu skaalal. Vastavalt sellele on francium kõige keemiliselt aktiivsem leelismetall ja moodustab kõige tugevama leelise – franciumi hüdroksiidi FrOH. Ja ära küsi, %username%, kuidas seda kõik määrati elementidega, mille sisaldus on puudu — vaid natuke, ja millest iga 22,3 minuti järel saab veel kaks korda vähem, samas kui uurija ise kiirgab aina eredamalt. Seetõttu on kõik see huvitav ja kaasahaarav, kuid franciumit praktiliselt ei kasutata.

10. Kalifornia/>

Kalifornit selles maailmas ei eksisteeri, vaid seda toodetakse kahes kohas: Dimitrovgradi piirkonnas Venemaal ja Oak Ridge'i rahvuslaboris Ameerikas. Ühe grammi kaliforniumi tootmiseks vajavad plutoonium või küberi pikaajalist neutronkiirgust tuumasüsteemis - vahemikus 8 kuud kuni 1,5 aastat. Kogu lagunemiste järjestus on järgmine: Pluotonium-Amerikium-Kürii-Berkli-Kalifornium. Kalifornium-252 on ahela lõpptulemus - see element ei muutu raskemaks isotoopiks, kuna selle tuum ütleb justkui "aitäh, olen täis" ja reageerib neutrontükkide mõjule nõrgalt.

Plutooni muundamise teel kaliforniumiks laguneb 100% tuumadest 99,7%. Ainult 0,3% tuumadest püsivad lagunemise vastu ja lõpetavad kogu protsessi. Ja toode tuleb ka eraldada! Isotoobi eraldamine toimub ekstraktsiooni meetodil, ekstrakti kromatograafia või ioonvahetuse tõttu. Metallilise välimuse saavutamiseks toimub redutseerimisreaktsioon.

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

Kaliforniumi-252 aastane tootmine on 40-80 mikrogrammi, samas kui ekspertide hinnangul ei ületa maailma varu 8 grammi. Seetõttu on kaliforniumi, täpsemalt kaliforniumi-252, kõige kallim tööstuslik metall maailmas, mille grammi hind on aastate jooksul varieerunud 6,5 kuni 27 miljoni dollari vahel.

Loogiline küsimus: kellele see üldse vajalik on? Sellest kaela riputamiseks ei sobi, armastatule sõrmusena ei kingi. Asi on selles, et Cf-252-l on kõrge neutronite paljundamise koefitsient (üle 3). Üks gramm Cf-252 kiirgab umbes 3⋅10^12 neutront sekundis. Jah, potentsiaalselt on võimalik valmistada aatomipomm, kuid uraanist ja samast plutooniumist on odavam, seega kasutatakse kaliforniumi neutrontootjana erinevates uuringutes, sealhulgas tööstuslikes vooluneutron-aktiveerimise analüsaatorites konveieril. Muide, %username%, olen isiklikult näinud seda kaliforniumi väikeses ampullis, mille tõmbasime välja suurest radiatsioonikaitse ämbrist ja panime kiiresti analüsaatori vajalikku kohta.

Selge, et sellise hinna eest peab kaltsium olema mürgine, ehkki mitte nii äge kui , nagu poloonium, mis lööb alfaosakestega,, kuid neutronid on ka midagi. Aga see on tõesti kallis.

Noh, tundub, et kõik on öeldud – jääb veel uinuda umbes neli tundi enne teed. Loodan, et see oli huvitav ja ma ei kirjutanud kõike seda asjata.

Soovin sulle, %username%, olla sügav nagu tihedus, kerge nagu liitium, järeleandmatu nagu iridium ja väärtuslik nagu kaltsium! Ja loomulikult ka rohkem kulda taskus.
(võid selle toastiga järgmisel pidustusel hiilata - ära tänagi mind)

Allikas: habr.com