Kto nie słucha metalu — temu Bóg rozumu nie dał!
— Ludowe powiedzenie
Cześć, %username%.
znowu na łączach. Dzisiaj będę całkiem zwięzły, bo za sześć godzin wstaję i muszę jechać.
A dzisiaj chcę opowiedzieć o metalu. Ale nie o tym, który jest muzyką — o tym możemy porozmawiać przy kuflu piwa, a nie na Habrze. I nawet nie o metalu — a o metalach! Chcę opowiedzieć o tych metalach, które w życiu w taki czy inny sposób zadziwiły mnie swoimi właściwościami.
Ponieważ wszyscy uczestnicy hitparady mają jakieś swoje supermoce, nie będzie miejsc i zwycięzców. Będzie — metalowa dziesiątka! Tak więc numer porządkowy nic nie znaczy.
Jedziemy.
1. Rtęć
Rtęć to najbardziej płynny metal: temperatura topnienia wynosi -39 °C. O tym, że jest toksyczna — a nawet bardzo — , dlatego nie będę się powtarzał.
Od zarania dziejów na rtęć raczej nie modlono się — cóż, „płynne srebro”! Alchemicy sądzili, że to właśnie w rtęci gdzieś ukryty jest słynny kamień filozoficzny, na przykład Jabir ibn Chajjan uważał, że skoro rtęć to płynny metal, to jest „absolutna”: wolna od wszelkich zanieczyszczeń, które występują w metalach stałych. Siarka — inny obiekt podziwu Chajjana — to element ognia, zdolny do dawania czystego „absolutnego” płomienia, a zatem wszystkie inne metale (a ponieważ to był VIII wiek — nie było ich zbyt wiele: siedem) powstały z rtęci i siarki.
Cóż w VIII wieku, cóż teraz — jeśli zmiesza się rtęć z siarką, powstanie czarny siarczek rtęci (i to, nawiasem mówiąc, jeden ze sposobów dekontaminacji rozlanej rtęci) — ale z pewnością nie metal. Tę niefortunną porażkę Chajjan tłumaczył tym, że wszystkim głupim brakuje pewnego „dojrzewacza”, który z czarnej bzdury doprowadzi do powstania metalu. I oczywiście wszyscy rzucili się szukać „dojrzewacza”, aby uzyskać złoto. Historia poszukiwania kamienia filozoficznego oficjalnie ogłoszona została otwartą.
%username%, teraz się śmiejesz z alchemików — ale oni rzeczywiście osiągnęli swoje! W 1947 roku amerykańscy fizycy podczas rozpadu beta izotopu Hg-197 uzyskali jedyny stabilny izotop złota Au-197. Z 100 mg rtęci wydobyli całe 35 µg złota — a teraz wystawiają je w Muzeum Nauki i Przemysłu w Chicago. Więc alchemicy mieli rację — da się! Tylko, cholera, drogo…
Zresztą, jedynym alchemikiem, który nie wierzył w możliwość uzyskania złota z innych metali, był Abu Ali al-Husayn ibn Abd Allah ibn al-Hasan ibn Ali ibn Sina — a dla nieoświeconych niewiernych — po prostu Awicenna.
Przy okazji, w kwestii rtęci, bardzo rywalizuje z nią inny metal — gal. Jego temperatura topnienia wynosi 29 °C, w szkole pokazywano mi efektowny trik: na rękę kładzie się kawałek jakiegoś metalu...
.. i oto co się dzieje
Zresztą, gal można obecnie kupić na aledrogo, aby pokazać ten trik. Nie wiem, czy przejdzie przez odprawę celną.
2. Tytan
Surowy tytan — to nie są twoje rtęciowe gluty! To jest najtwardszy metal! W moim dzieciństwie i młodości pisano tytanem na wszystkich tych szybkach w komunikacji miejskiej. Bo rysował — i drobnym metalowym pyłem barwił.
Wszyscy wiedzą, że tytan ze względu na twardość i lekkość jest używany w lotnictwie. Opowiem o niektórych interesujących zastosowaniach.
Kiedy tytan jest podgrzany, zaczyna wchłaniać różne gazy — tlen, chlor, a nawet azot. Używa się tego w instalacjach oczyszczania gazów obojętnych (na przykład argonu) — przepuszczają go przez rurki wypełnione gąbką tytanową i podgrzewane do 500-600 °C. Zresztą, w tej temperaturze gąbka tytanowa reaguje z wodą — tlen jest wchłaniany, wodór jest oddawany, ale zwykle wodór w gazach obojętnych nikogo nie niepokoi, w przeciwieństwie do wody.
Biały dwutlenek tytanu TiO2 jest używany w farbach (na przykład biel tytanowa), a także przy produkcji papieru i plastiku. Dodatek żywnościowy E171. Zresztą, podczas produkcji dwutlenku tytanu koniecznie kontrolują jego skład chemiczny — ale wcale nie po to, aby zmniejszyć zanieczyszczenia, a żeby dodać „bieli”: trzeba, aby barwiących pierwiastków — żelaza, chromu, miedzi itd. — było jak najmniej.
Węglik tytanu, diborek tytanu, karbonitryd tytanu — konkurują z węglikiem wolframu pod względem twardości. Minusem jest to, że są lżejsze.
Azotek tytanu jest stosowany do pokrywania narzędzi, kopuł kościołów i przy produkcji biżuterii, ponieważ ma kolor podobny do złota. Wszystkie te „medyczne stopy”, podobne do złota — to pokrycie azotkiem tytanu.
Ciekawe, wytrwali naukowcy niedawno stworzyli stop, który jest twardszy od tytanu! Aby to osiągnąć, musieli wymieszać pallad, krzem, fosfor, german i srebro. To materiał kosztujący sporo, więc tytan znów zwyciężył.
3. Wólfram
Wólfram to również przeciwieństwo rtęci: najtwardszy metal o temperaturze topnienia 3422 °C. Znany jest od XVI wieku, co prawda, nie sam metal, ale minerał wólframitu, który zawiera wólfram. Ciekawe, że nazwa Wolf Rahm w języku surowych Niemców oznacza "wilcze śmietanki": Niemcy, którzy przetapiali cyna, bardzo nie lubili domieszek wólframitu, które utrudniały topnienie, zamieniając cynę w pianę żużlu ("pożerał cynę jak wilk owcę"). Sam metal po raz pierwszy wydobyto około 200 lat później.
To, co na zdjęciu, to nie wólfram, a węglik wólframu, więc jeśli masz na ręce taki pierścionek, %username%, nie przejmuj się za bardzo. Węglik wólframu to ciężki i niezwykle twardy związek i dlatego stosuje się go w różnych detalach, którymi uderza się, przy okazji "zwycięży" — to 90% węgliku wólframu. A także węglik wólframu dobrzy ludzie dodają jako zakończenie pocisków i kul. Ale to nie wszystko, później opowiem o innym metalu.
Ciekawe, że mimo iż wólfram jest ciężki — w porównaniu z tradycyjnym i tańszym ołowiem, ochrona z wólframu okazuje się mniej ciężka przy równych właściwościach ochronnych lub bardziej efektywna przy tej samej wadze. Z powodu twardości i wytrzymałości wólframu, które utrudniają jego obróbkę, w takich przypadkach używa się bardziej plastycznych stopów wólframu z dodatkiem innych metali lub zawiesin węglika wólframu (lub jego związków) w polimerowej bazie. Wychodzi lżej, skuteczniej — ale tylko drożej. Więc w przypadku opadów radioaktywnych, %username%, weź sobie wólframową zbroję!
Ciekawe, że na moim "wiecznym pierścionku" udało mi się jakąś chemią zrobić plamę — i nawet nie wiem, czym. Więc "wieczne" jest tylko dla zwykłych ludzi)))
4. Uran
Jedyny naturalny metal, który wykorzystuje się jako paliwo. Cóż — paliwo jądrowe.
Kiedy byłem jeszcze uczniem, ale miałem dostęp do uniwersytetu (nie powiem dlaczego!), zawsze śmieszyła mnie reakcja zagranicznych studentów, gdy pokazywano im pod mikroskopem kryształy uranilu-acetatu sodu. Cóż, to rzeczywiście może wywołać śmieszne reakcje. Gdy mówiono obcokrajowcom słowo „uranil” — dosłownie sypali się z piętra. Wszyscy się śmiali.
Jest mi śmiesznie i smutno, że teraz większość naszych ludzi również uważa, że uran jest straszny, niebezpieczny i okropny. Wydaje się, że spadek edukacji jest widoczny.
W rzeczywistości już w najstarszych czasach naturalny tlenek uranu używany był do produkcji żółtej ceramiki. Tak, w pobliżu Neapolu znaleziono kawałek żółtego szkła zawierający 1% tlenku uranu, datowany na 79 rok n.e. Nie świeci w ciemności i nie emituje promieniowania. Byłem w Żółtych Wodach na Ukrainie, gdzie wydobywa się koncentrat uranu. Nikt tam nie świeci i nie emituje promieniowania. A tajemnica jest prosta: naturalny uran jest słabo radioaktywny — nie bardziej niż granity i bazalty, a także hałdy i metro. Ten uran, który stanowi URAN — to izotop U-235, którego w przyrodzie jest zaledwie 0,7204%. Jest go tak mało, że dla nuklearków konieczne jest wydobycie i skoncentrowanie tego izotopu („wzbogacenie”) — tak prosto reaktor nie będzie działał.
Notabene, kiedyś w przyrodzie było więcej U-235 — po prostu z czasem się rozpadł. I ponieważ było go więcej — reaktor jądrowy można było zbudować dosłownie na kolanie. W dosłownym znaczeniu. Tak się stało w Gabonie na złożu Oklo około 2 miliardów lat temu: przez rudę przepływała woda, woda — naturalny moderator neutronów, które uwalniają się podczas rozpadu uranu-235 — w efekcie energii neutronów było akurat tyle, ile potrzebne do przechwycenia jądra uranu-235 — i rozpoczęła się reakcja łańcuchowa. I uran „palił się” przez kilka set lat, aż się wypalił…
Odkryto to znacznie później, w 1972 roku, gdy w zakładzie wzbogacania uranu w Pierrelatte (Francja) podczas analizy uranu z Oklo znaleziono odchylenie od normy w składzie izotopowym uranu. Zawartość izotopu U-235 wyniosła 0,717% zamiast zwyczajowych 0,720%. Uran nie jest kiełbasą, tutaj niedobór jest surowo karany: wszystkie obiekty jądrowe podlegają ścisłej kontroli w celu zapobiegania nielegalnemu wykorzystywaniu materiałów rozszczepialnych w celach wojskowych. Dlatego naukowcy zaczęli badać, znaleźli jeszcze kilka pierwiastków, takich jak neodym i ruten, i zrozumieli — U-235 skradziono, zanim się wypalił, jak w reaktorze. To znaczy, że reaktor jądrowy natura wymyśliła na długo przed nami. Jak zresztą wszystko.
Uran ubogi (to wtedy 235-ty został zabrany i oddany atomowcom, a pozostał U-238) — ciężki i twardy, przypomina trochę tungsten, dlatego — dokładnie tak samo jest używany tam, gdzie trzeba uderzać. O tym jest historia z byłej Jugosławii: tam używano pocisków przeciwpancernych z rdzeniem zawierającym uran. Problemy mieszkańców były, ale wcale nie z powodu promieniowania: drobny uranowy pył dostawał się do płuc, był wchłaniany — i przynosił skutki: uran jest toksyczny dla nerek. Tak to jest — i nie ma się czego bać uranowego acetan! Prawda, że według prawa RF to nie jest powiedziane — a dlatego wieczne problemy z wwożeniem chemicznych reagentów zawierających uran — bo dla urzędnika uran bywa tylko jeden.
A jest jeszcze szkło uranowe: niewielka dodatek uranu nadaje piękną żółto-zieloną fluorescencję.
I to, kurcze, piękne!
Swoją drogą, bardzo przydatne jest zaproponowanie gościom jabłek lub sałatki, a potem włączyć trochę ultrafioletu i pokazać, jak pięknie to wygląda. Kiedy wszyscy skończą się zachwycać — niedbale tak rzucić: „No tak, co za tym stoi, to przecież szkło uranowe...” I ugryźć kawałek jabłka z miski...
5. Osm
No skoro już mówiliśmy o ciężkich uranach-tungstenach, to nastał czas, by wymienić najcięższy metal w ogóle — to osm. Jego gęstość wynosi 22,62 g/cm³!
Jednak osmo, będąc najcięższym, nic nie przeszkadza, by był również lotny: w powietrzu stopniowo utlenia się do OsO4, który jest lotny — i przy okazji bardzo toksyczny. Tak, to jest pierwiastek grupy platynowej, ale całkiem się utlenia. Nazwa „osmium” pochodzi od starogreckiego słowa ὀσμή — „zapach” — właśnie z tego powodu: chemiczne reakcje rozpuszczania alkalicznego stopu osmiredu (nierozpuszczalnego resztka platyny w wodzie królewskiej) w wodzie lub kwasie są związane z wydzielaniem nieprzyjemnego, trwałego zapachu OsO4, drażniącego gardło, przypominającego zapach chloru lub zepsutych rzep. Ten zapach poczuł Smithson Tennant (o nim później), pracując z osmirem — i tak nazwał ten metal. I wiem, że osm ma być w proszku i trzeba go podgrzać, aby proces przebiegał intensywnie — ale w każdym razie nie dążę do długiego przebywania w pobliżu tego metalu.
Zresztą, istnieje jeszcze taki izotop Os-187. W naturze jest go bardzo mało, dlatego wydobywają go z osmu na wirówkach poprzez separację masową — podobnie jak uran. Rozdzielenie trwa 9 miesięcy — tak, tak, już można urodzić. Dlatego Os-187 jest jednym z najdroższych metali, to jego zawartość wpływa na rynkową cenę naturalnego osmu. Ale nie jest najdroższy, o najdroższym opowiem poniżej.
6. Iridium
Skoro mówimy o grupie platynowej, warto również wspomnieć o irydzie. Osm odebrał irydowi tytuł najcięższego metalu — ale różnice są niewielkie: gęstość irydu wynosi 22,53 g/cm3. Osm i iryd zostały odkryte razem w 1803 roku przez angielskiego chemika S. Tennanta — oba występowały jako domieszki w naturalnej platynie przywiezionej z Ameryki Południowej. Tennant był pierwszy wśród kilku naukowców, którym udało się uzyskać w wystarczającej ilości nierozpuszczalny resztę po działaniu na platynę wodą królewską i określić w niej wcześniej nieznane metale.
Ale w przeciwieństwie do osmu, iryd to najtrwalszy metal: w postaci sztabki nie rozpuszcza się w żadnych kwasach ani ich mieszankach! Naprawdę! Nawet groźny fluor atakuje go dopiero przy 400-450 °C. Aby jednak rozpuścić iryd, trzeba go stopić z zasadami — a najlepiej w strumieniu tlenu.
Wytrzymałość mechaniczna i chemiczna irydu jest wykorzystywana w Izbie Miar i Wag — wzór kilograma został wykonany ze stopu platyny z irydem.
W tej chwili iryd nie jest metalem bankowym, ale obserwuje się już pewne zmiany: w 2013 roku iryd po raz pierwszy na świecie został użyty do produkcji oficjalnych monet przez Narodowy Bank Rwandy, który wydał monetę z czystego metalu próby 999. Irydowa moneta została wydana o nominał 10 rwandyjskich franków. I naprawdę — chciałbym taką monetę!
Przy okazji, w mojej młodości w "Młodym Technikie" przeczytałem kiedyś jakiś fantastyczny opowiadanie, gdzie chłopak dążył do sukcesu i wymieniał piasek na iryd w kursie 1:1 z jakimiś tam kosmitami w piwnicy. No, im widocznie potrzebny był krzem! Tytuł i autora opowiadania już nie pamiętam. Dziękuję — W. Szibałow. Kabel 'stamtąd'.
7. ZłotoNie mówimy o tym — wszyscy widzieli
W życiu często jest tak, że istnieje mistrz rzeczywisty i formalny. Jeśli iryd jest rzeczywistym mistrzem pod względem odporności chemicznej, to złoto jest formalnym: to najwięcej elektroujemny metal, 2,54 w skali Paulinga. Ale to nie przeszkadza złotu rozpuszczać się w mieszaninach kwasów, więc jak zwykle — laury przypadły temu, kto był bogatszy.
I rzeczywiście, w tej chwili, dzięki temu, że Chiny i Rosja rezygnują z polityki gromadzenia rezerw walutowych w dolarach amerykańskich na rzecz polityki gromadzenia samego złota, złoto jest najdroższym metalem bankowym: pod względem ceny już dawno wyprzedziło platynę — a w ogóle całą grupę platynową. Więc przechowuj pieniądze w złotej skarbonce, %username%!
Ponieważ alchemiczne metody pozyskiwania złota okazały się zbyt kosztowne, ten metal uzyskuje się w rafineriach. Monety są produkowane w mennicach. Jako osoba, która była zarówno tam, jak i tam, mogę powiedzieć: pracownicy takich przedsiębiorstw, odwiedzając strefę, gdzie znajdują się metale szlachetne, albo przebierają się — na ich odzieży roboczej nie ma ani jednego agrafka ani spinacza — kontrola bezpieczeństwa jest zupełnie inna niż na lotniskach, tam wszystko jest surowsze. Albo obowiązuje tak zwany „nagi tryb” — tak, dobrze zrozumiałeś: kontrola dla chłopców i kontrola dla dziewczyn — przebierasz się już w środku. Jeśli masz implant metalowy — mnóstwo zaświadczeń, mnóstwo zezwoleń, za każdym razem indywidualnie sprawdzają, czy implant jest na swoim miejscu.
Przy okazji, co myślisz — jak są zorganizowane kontrole w mennicy banknotów? Pieniądze przecież nie dzwonią!
Odpowiedź jest tutaj, ale pomyśl chwilkę sam.Po pracy nikogo nie wypuszczają, łącznie z kierownictwem, dopóki nie policzą wszystkich produktów. Tak — wszystko jest surowe. Ale nikt się nie sprzeciwia, gdy w trudnych czasach wynagrodzenie wydawano w postaci produktów.
8. Lit
W przeciwieństwie do ciężkich osmów-irydów, lit jest najlżejszym metalem, jego gęstość to tylko 0,534 g/cm3. Jest to metal alkaliczny, ale naj mniej aktywny w całej grupie: nie wybucha w wodzie, a spokojnie reaguje, w powietrzu też nie utlenia się zbytnio, a zapalić go jest trudno: po 100 °C dobrze pokrywa się tlenkiem, więc dalej nie ulega utlenieniu. Z tego powodu lit jest jedynym metalem alkalicznym, którego nie przechowuje się w nafcie — po co, skoro jest wystarczająco inercyjny? I to jest na szczęście — z powodu swojej niskiej gęstości lit unosiłby się w nafcie.
Naturalny lit składa się z dwóch izotopów: Li-6 i Li-7. Ponieważ sam atom jest tak mały, dodatkowy neutron znacząco wpływa na promień orbitalny i energię wzbudzenia elektronu, co powoduje, że typowy widmowy obraz tych dwóch izotopów różni się — w związku z tym można je rozpoznawać nawet bez wszelkich spektrometrów masowych — i to jest jedyne takie wyjątek w naturze! Oba izotopy są bardzo ważne w energetyce jądrowej, nawiasem mówiąc, deuteryd Li-6 jest stosowany jako materiał miotający w broni termojądrowej — i więcej nie powiem na ten temat!
Lithium is also used by psychiatrists as a mood stabilizer for the treatment and prevention of manic episodes. When I was a student working part-time at the department, a lady with blood plasma used to come to us, where we had to determine lithium levels. At one point, I delved into the literature (there was no internet back then) to understand why we even needed to determine lithium levels. So, during her next visit, I casually asked her whose blood it was. When she replied that it was hers, I made sure to avoid meeting her in person afterward.
Well, lithium is lithium; it can even be found in water sometimes. By the way, in Lviv, there's quite a lot of it in the water.
9. Francium
Francium has a whole array of titles. Firstly, francium is the rarest metal. All of its content is completely radiogenic: it exists as an intermediate decay product of uranium-235 and thorium-232. The total amount of francium in the Earth's crust is estimated to be 340 grams. So, the spot in the picture above is not a photo of a black hole in profile, but around 200,000 francium atoms trapped in a magneto-optical trap. All isotopes of francium are radioactive, and the longest-lived of these isotopes, Fr-223, has a half-life of 22.3 minutes. That's why francium is so scarce.
However, francium has the lowest electronegativity of all known elements, at 0.7 on the Pauling scale. Consequently, francium is also the most chemically active alkali metal and forms the strongest alkali – francium hydroxide FrOH. And don’t ask, %username%, how this was all determined with an element that has barely any presence, which gets halved every 22.3 minutes, while the researcher themselves becomes more luminous. All of this is fascinating and interesting, but francium is practically unused anywhere.
10. Californium
/>
Kalifornij w tym świecie praktycznie nie istnieje, a produkuje się go w dwóch miejscach: w Dimitrowgradzie w Rosji oraz w Narodowym Laboratorium Oak Ridge w Stanach Zjednoczonych. Aby wyprodukować jeden gram kalifornu, pluton lub kur na długi czas poddaje się neutronowemu naświetlaniu w reaktorze jądrowym — od 8 miesięcy do 1,5 roku. Cała seria rozpada się następująco: Pluton-Ameryk-Berkley-Kalifornij. Kaliforn-252 jest ostatecznym wynikiem łańcucha — ten pierwiastek nie może zostać przekształcony w cięższy izotop, ponieważ jego jądro, jakby mówiło „dziękuję, najadłem się”, słabo reaguje na działanie neutronów.
Na drodze przekształcania plutonu w kaliforn z 100% jąder rozpada się 99,7%. Tylko 0,3% jąder jest zatrzymywanych przed rozpadem i przechodzi przez cały etap do końca. A dodatkowo produkt trzeba wydzielić! Wydzielenie izotopu następuje metodą ekstrakcji, chromatografii ekstrakcyjnej lub w wyniku wymiany jonowej. Aby nadać mu metaliczny wygląd, przeprowadza się reakcję redukcyjną.
Na uzyskanie jednego grama kalifornu-252 przeznacza się 10 kilogramów plutonu-239.
Roczna ilość pozyskiwanego kalifornu-252 wynosi 40-80 mikrogramów, a według szacunków ekspertów, światowy zapas kalifornu nie przekracza 8 gramów. Dlatego kaliforn, a dokładniej kaliforn-252, to najdroższy na świecie metal przemysłowy, a jego cena za gram w różnych latach wahała się od 6,5 do 27 milionów dolarów.
Logiczne pytanie: komu on w ogóle jest potrzebny? Nie zrobisz z niego łańcuszka na szyję, nie podarujesz go ukochanej w postaci pierścionka. Chodzi o to, że Cf-252 ma wysoki współczynnik namnażania neutronów (powyżej 3). Gram Cf-252 emituje około 3⋅10^{12} neutronów na sekundę. Tak, teoretycznie można zbudować bombę atomową, ale z uranu i tego samego plutonu jest to tańsze, więc sam kaliforn używany jest jako źródło neutronów w różnych badaniach, w tym w przemysłowych analizatorach neutronowo-aktywacyjnych na taśmie produkcyjnej. A propos, %username%, osobiście widziałem ten kaliforn w postaci małej ampułki, którą wyciągnięto z dużej beczki ochrony radiacyjnej i szybko wsadzono w odpowiednie miejsce analizatora.
Jasne, że za takie pieniądze kaliforn musi być trucizną, choć nie tak straszną, , ale neutrony też są ciekawe. Jednak wychodzi dość drogo, oczywiście.
No, wydaje się, że to wszystko — zostało mi jeszcze około czterech godzin snu przed drogą. Mam nadzieję, że wyszło interesująco i nie pisałem tego na marne.
Życzę ci, %username%, być twardym jak tytan, lekkim jak lit, nieugiętym jak iryd i cennym jak kaliforn! No i aby więcej złota w kieszeni, oczywiście.
(możesz zabłysnąć tym toastem na następnej imprezie — nie dziękuj)
Źródło: habr.com
