Хто не слухає металу, тому бог розуму не дав!
- Народна творчість
Привіт %username%.
знову на зв'язку. Сьогодні буду зовсім стислий, бо через шість годин вставати і їхати.
А розповісти я сьогодні хочу про метал. Але не про те, який музика, — про те ми можемо поговорити якось за кухлем пива, а не на Хабрі. І навіть не про метал — а про метали! І розповісти я хочу про ті метали, які мене в житті так чи інакше вразили своїми властивостями.
Оскільки всі учасники хіт-параду відрізняються якимись своїми суперздатностями, то місць та переможців не буде. Буде – металева десятка! Тож порядковий номер нічого не означає.
Поїхали.
1. Ртуть
Ртуть — рідкий метал: температура її плавлення становить -39 °C. Про те, що вона токсична і навіть дуже , А тому не буду повторюватися.
З давніх часів на ртуть хіба що не молилися — ще б пак, «рідке срібло»! Алхіміки вважали, що саме в ртуті десь ховається знаменитий філософський камінь, наприклад Джабір ібн Хайян вважав, що якщо ртуть — це рідкий метал, то вона абсолютна: вона вільна від будь-яких домішок, властивих твердим металам. Сірка — інший предмет захоплення Хайяна — елемент вогню, він здатний давати чисте «абсолютне» полум'я, а тому решту всіх металів (а оскільки це було VIII століття — їх було негусто: сім) утворені з ртуті та сірки.
Що у VIII столітті, що зараз — якщо змішати ртуть і сірку, то вийде чорний сульфід ртуті (і це, до речі, один із способів дезактивації розлитої ртуті) — але аж ніяк не метал. Цю прикру невдачу Хайян пояснював тим, що всі тупі не вистачає якогось «дозрівача», який із чорної нісенітниці призведе до отримання металу. І, звичайно, всі кинулися шукати «дозрівач», щоб отримати золото. Історія пошуку філософського каменю офіційно оголошена відкритою.
%username%, ти ось зараз смієшся з алхіміків — але ж вони добилися свого! В 1947 американськими фізиками при бета-розпаді ізотопу Hg-197 отримано єдиний стійкий ізотоп золота Au-197. Зі 100 мг ртуті видобули цілих 35 мкг золота — і вони зараз красуються в музеї Чикаго науки і промисловості. Тож алхіміки мали рацію — адже можна! Тільки, млинець, дорого…
До речі, єдиним алхіміком, який не вірив у можливість отримання золота з інших металів, був Абу Алії Хусеейн ібн Абдуллаах ібн аль-Хаасан ібн Алії ібн Сіна — а для темних невірних — просто Авіценна.
Між іншим, зі ртуттю на свій вигляд дуже суперничає інший метал — галій. Його температура плавлення 29 ° C, у школі мені показували ефектний фокус: на руку кладеться шматок якогось металу.
.. і ось що виходить
До речі, галій зараз можна купити на аліку, щоби показувати такий фокус. Не знаю, щоправда, чи проїде він митницю.
2. Титан
Суворий титан – це тобі не ртутні соплі! Це – найтвердіший метал! Ну в моєму дитинстві та юнацтві титаном писали на всіх цих стеклах у громадському транспорті. Бо дряпав — і дрібним металевим пилом фарбував.
Всі знають, що титан завдяки твердості та легкості використовують в авіації. Розповім про деякі цікаві застосування.
Будучи нагрітим, титан починає поглинати різні гази - кисень, хлор і навіть азот. Це використовують в установках очищення інертних газів (аргону, наприклад) – його продувають через трубки, заповнені титановою губкою та нагріті до 500-600 °C. До речі, за цієї температури титанова губка взаємодіє з водою — кисень поглинається, водень віддається, але зазвичай водень в інертних газах нікого не турбує, на відміну води.
Білий діоксид титану TiO2 використовується у фарбах (наприклад, титанові білила), а також при виробництві паперу та пластику. Добавка харчова E171. До речі, при виробництві діоксиду титану обов'язково контролюють його елементний склад — але зовсім не для того, щоб знизити домішки, а щоб додати «білизни»: потрібно, щоб елементи, що фарбують, — заліза, хрому, міді тощо. — було менше.
Карбід титану, диборид титану, карбонітрид титану - конкуренти карбіду вольфраму за твердістю. Недолік – вони його легші.
Нітрид титану застосовується для покриття інструментів, куполів церков та при виробництві біжутерії, оскільки має колір, схожий на золото. Всі ці «медичні сплави», схожі на золото, — це покриття нітридом титану.
До речі, наполегливі вчені нещодавно зробили все-таки сплав, який твердіший за титан! Тільки щоб цього досягти - довелося змішати паладій, кремній, фосфор, германій та срібло. Штука вийшла недешевою, а тому знову переміг титан.
3. Вольфрам
Вольфрам - теж протилежність ртуті: найтугоплавкіший метал з температурою плавлення 3422 °C. Він відомий ще з XVI століття, щоправда, відомий не сам метал, а мінерал вольфраміт, в якому міститься вольфрам. До речі, назва Wolf Rahm мовою суворих німців означає «вовчі вершки»: німці, які плавили олово, дуже не любили домішки вольфраміту, який заважав плавці, переводячи олово в піну шлаків («пожирав олово як вовк вівцю»). Сам метал уже виділили пізніше, приблизно за 200 років.
Те, що на фото - не вольфрам насправді, а карбід вольфраму, так що якщо у тебе на руці таке кільце, %username%, то не сильно задавайся. Карбід вольфраму - важке і вкрай тверде з'єднання - а тому використовується у будь-яких деталях, якими б'ють, до речі "переможе" - це 90% карбіду вольфраму. А ще карбід вольфраму добрі люди додають як наконечник бронебійних снарядів і куль. Але не тільки його, потім розповім про інший метал.
До речі, хоч вольфрам і важкий — але незважаючи на більшу щільність порівняно з традиційним і дешевшим свинцем, захист з вольфраму виявляється менш важким при рівних захисних властивостях або ефективнішим за рівної ваги. Через тугоплавкість і твердість вольфраму, що ускладнюють його обробку, у таких випадках використовуються більш пластичні сплави вольфраму з додаванням інших металів або завис порошкоподібного вольфраму (або його сполук) в полімерній основі. Виходить легше, ефективніше, але тільки дорожче. Так що у разі фолауту, %username%, бери собі вольфрамову броню!
До речі, на своєму «вічному кільці» я примудрився якоюсь хімією поставити пляму і навіть не знаю, чим. Так що «вічне» воно тільки у звичайних людей)))
4. Уран
Єдиний природний метал, який використовують як паливо. Ну – ядерне паливо.
Коли я був ще школярем, але був у університеті (не скажу чому!), то мене завжди смішила реакція іноземних студентів, коли їм у мікроскоп показували кристали ураніл-ацетату натрію. Ну, є така якісна реакція. Коли іноземцям говорили слово «уранив», їх здувало з поверху. Усі сміялися.
Мені смішно й сумно, що тепер і більшість наших людей теж вважають, що уран - страшний, небезпечний і жахливий. Падіння освіти є.
Насправді ще в найдавніші часи природний окис урану використовувався для виготовлення жовтого посуду. Так, біля Неаполя знайдено уламок жовтого скла, що містить 1 % оксиду урану і датований 79 роком н. е. Він не світиться у темряві і не фонує. Я був у Жовтих Водах в Україні, де добувають урановий концентрат. Ніхто там не світиться та не фонить. А розгадка проста: природний уран слаборадіоактивний — не більше, ніж граніти та базальти, а також терикони та метрополітен. Той уран, який УРАН - це ізотоп U-235, якого в природі всього 0,7204%. Його так мало, що для ядерників треба виділяти і концентрувати цей ізотоп (збагачувати) — так просто працювати реактор не буде.
До речі, раніше в природі U-235 було більше – просто згодом він розпався. І оскільки його було більше, ядерний реактор зробити можна було прямо на коліні. В прямому сенсі. Так і сталося в Габоні на родовищі Окло приблизно 2 мільярди років тому: через руду бігла вода, вода - природний сповільнювач нейтронів, які вилітають при розпаді урану-235 - в результаті енергії нейтронів було стільки, скільки потрібно для захоплення ядром урану-235 - І пішла-поїхала ланцюгова реакція. І уранчик горів собі кілька сотень років, поки не вигорів.
Виявили це значно пізніше, у 1972 році, коли на урановій збагачувальній фабриці у П'єрлаті (Франція) під час аналізу урану з Окло було знайдено відхилення від норми ізотопного складу урану. Зміст ізотопу U-235 становило 0,717% замість звичайних 0,720%. Уран — не ковбаса, тут недовага суворо карається: всі ядерні об'єкти піддаються жорсткому контролю з метою недопущення незаконного використання матеріалів, що розщеплюються, у військових цілях. А тому вчені стали досліджувати, знайшли ще пару елементів, типу неодиму та рутенію, і зрозуміли – U-235 вкрали до нас просто вигоріли, як у реакторі. Тобто, ядерний реактор природа винайшла задовго до нас. Втім, як і все.
Збіднений уран (це коли 235-й забрали і віддали атомникам, а залишився U-238) — важкий і твердий, нагадує чимось за властивостями вольфрам, а тому так само використовується там, де треба бити. Про це є історія з колишньої Югославії: там використовували бронебійні снаряди з бойком, що містить уран. Проблеми у населення були, але зовсім не через радіацію: дрібний урановий пил потрапляв у легені, засвоювався і давав плоди: уран токсичний для нирок. Ось так — і нема чого боятися ураніл-ацетату! Щоправда, законам РФ це не указ — а тому вічні проблеми із заїздом хімічних реактивів, які містять уран, бо для чиновника уран буває лише один.
А ще є уранове скло: невелика добавка урану надає красиву жовто-зелену флуоресценцію.
І це, млинець, красиво!
До речі, дуже корисно запропонувати гостям яблука або салат, а потім увімкнути трохи ультрафіолету і показати, як красиво. Коли всі закінчать захоплюватися — недбало так кинути: «Ну так, ще б пак, це ж уранове скло…» І відкусити шматочок яблучка з вази…
5. Осмій
Ну коли вже поговорили про важкі урани-вольфрами, то настав час назвати найважчий метал взагалі — це осмій. Його густина становить 22,62 г/см3!
Однак осмію, будучи найважчим, нічого не заважає бути ще й летючим: на повітрі він поступово окислюється до OsO4, який летючий — і дуже отруйний. Так, це елемент платинової групи, але він цілком собі окислюється. Назва «осмій» походить від давньогрецького ὀσμή — «запах» — саме завдяки цьому: хімічні реакції розчинення лужного сплаву осмиридію (нерозчинного залишку платини в царській горілці) у воді або кислоті супроводжуються виділенням неприємного, стійкого запаху OsO4, що подразнює горло, або гнилий редьки. Цей запах відчув Смітсон Теннант (про нього пізніше), який працював з осмиридієм — і так і назвав метал. І знаю я, що осмій має бути в порошку і його треба гріти, щоб процес пішов інтенсивно — але в жодному разі я не прагну довго знаходитися поруч із цим металом.
До речі, ще є такий ізотоп Os-187. У природі його дуже мало, а тому з осмію його виділяють на центрифугах шляхом мас-сепарації прямо як уран. На поділ чекають 9 місяців — так-так, цілком вже можна народити. А тому Os-187 – один із найдорожчих металів, саме його зміст зумовлює ринкову ціну природного осмію. Але він не найдорожчий, про сам розповім нижче.
6. Іридій
Якщо вже заговорили про платинову групу, то варто ще згадати про іридію. Осмій відібрав у іридію звання найважчого металу - але розійшлися в копійках: щільність іридію 22,53 г/см3. Осмій з іридієм навіть відкриті були разом у 1803 році англійським хіміком С. Теннантом - обидві як домішки були присутні в природній платині, доставленій з Південної Америки. Теннант був першим серед кількох вчених, кому вдалося отримати в достатній кількості нерозчинний залишок після дії на платину царської горілки і визначити раніше невідомі метали.
Але на відміну від осмію, іридій — самий, млинець, стійкий метал: у вигляді злитка він не розчиняється в жодних кислотах та їх сумішах! Взагалі! Навіть грізний фтор бере його лише за 400-450 °C. Щоб все-таки розчинити іридій, доводиться його сплавляти з лугами — та ще й бажано в струмі кисню.
Механічна та хімічна міцність іридію використовується в Палаті мір та терезів — із платиноїдирідієвого сплаву виготовлений еталон кілограма.
Наразі іридій не є банківським металом, але й у цьому вже є зрушення: у 2013 році іридій уперше у світі був застосований у виготовленні офіційних монет Національним банком Руанди, який випустив монету із чистого металу 999 проби. Іридієву монету було випущено номіналом 10 руандійських франків. І чорт — я хотів би таку монету!
До речі, я в глибокій молодості в «Юному техніці» якось прочитав якусь фантастичну розповідь, коли хлопчина до успіху йшла змогла наміняти пісок на іридій за курсом 1:1 з якимись там інопланетянами у підвалі. Ну їм бачите чи кремній був потрібен! Назва та автора оповідання вже й не згадаю. Дякую - В.Шибаєв. Кабель "звідти".
7. ЗолотоТа ну його – всі бачили
У житті часто буває, що є чемпіон фактичний та формальний. Якщо іридій – фактичний чемпіон з хімічної стійкості, то золото – формальний: це найбільший електронегативний метал, 2,54 за шкалою Полінга. Але це не заважає золоту розчинятися в сумішах кислот, тож як завжди — лаври дісталися багатшому.
І справді, зараз завдяки тому, що Китай і РФ уникають політики накопичення золотовалютного запасу в доларах США до політики накопичення власне золота, золото — найдорожчий банківський метал: за ціною він давно випередив платину — та й взагалі всю платинову групу. Так що зберігай гроші в ощадній касі золота, %username%!
Оскільки алхімічний спосіб видобутку золота показав свою дорожнечу, одержують цей метал на афінажних заводах. А монети роблять уже на монетних дворах. Так от, як людина, яка побувала і там і там, можу сказати: працівники подібних підприємств при відвідуванні зони, де є дорогоцінний метал, або перевдягаються — і на робочому одязі немає жодного шпильки чи скріпки — рамки на прохідній зовсім не такі, як в аеропортах , Там все жорсткіше. Або діє так званий «голий режим» — так-так, ти зрозумів правильно: прохідна для хлопчиків і прохідна для дівчаток — одягнетеся вже всередині. Якщо в тебе імплант із металу - купа довідок, купа дозволів, щоразу індивідуально перевіряють, що імплант на місці, де має бути.
До речі, а як ти думаєш, як організовані прохідні на банкнотному дворі? Папірці ж не дзвонять!
Відповідь тут, але подумай трохи самПісля роботи не випускають нікого, включаючи керівництво, доки не порахують всю продукцію. Так, все суворо. Проте ніхто не проти, коли у важкі часи зарплату видавали продукцією.
8. Літій
На відміну від важких осміїв-іридіїв літій - найлегший метал, його густина всього 0,534 г/см3. Це — лужний метал, але найнеактивніший із усієї групи: у воді не вибухає, а спокійно взаємодіє, на повітрі теж не сильно окислюється, та й підпалити його непросто: після 100 °C так добре покривається оксидом, що далі й не окислюється. Тому літій — єдиний лужний метал, який не зберігають у гасі, — навіщо, якщо він досить інертний? І це на щастя — через свою низьку щільність літій би в гасу плавав.
Природний літій складається з двох ізотопів: Li-6 та Li-7. Оскільки сам атом такий малий, то зайвий нейтрон значимо впливає на радіус орбіталі та енергію збудження електрона, а тому звичайний атомний спектр цих двох ізотопів відрізняється - отже, можна визначати їх навіть без будь-яких мас-спектрометрів - і це єдиний виняток у природі! Обидва ізотопи дуже важливі в ядерній енергетиці, до речі, дейтерид Li-6 використовується як термоядерний порох у термоядерній зброї — і більше я не скажу жодного слова на цю тему!
Літій також використовують психіатри як нормометика для лікування та профілактики маній. Коли я студентом підробляв на кафедрі, до нас приходила тітонька із плазмою крові, в якій треба було визначати літій. З якогось разу я взяв і поліз у літературу (інтернету ще не було), щоб зрозуміти, навіщо там взагалі літій визначати? І дізнався… З наступного візиту я так ненароком запитав тітку, а чия кров взагалі була? Коли вона відповіла, що її, я більше намагався з нею особисто не зустрічатися.
Ну то так – літій та літій, він навіть у воді іноді визначається. До речі, у Львові у воді його чимало.
9. Франція
Франція має цілий набір титулів. Ну, по-перше, францій — найрідкісніший метал. Весь його зміст — цілком радіогенний: він існує як проміжний продукт розпаду урану-235 та торію-232. Загальний вміст Франції в земній корі оцінюється в 340 грамів. Так що пляма на зображенні вище - це не фото чорної діри в анфас, а близько 200 000 атомів Франція в магнітно-оптичній пастці. Всі ізотопи Франція радіоактивні, самий довгоживучий з ізотопів - Fr-223 - має період напіврозпаду 22,3 хвилини. Тому Франція так і мало.
Проте, францій має найнижчу електронегативність із усіх елементів, відомих нині, — 0,7 за шкалою Полінга. Відповідно, францій є і найбільш хімічно активним лужним металом і утворює найсильнішу луг - гідроксид франція FrOH. І не питай, %username%, як це все визначали з елементом, якого пшик - так мало, і якого кожні 22,3 хвилин стає ще вдвічі менше, а дослідник світиться сам все яскравіше. А тому все це цікаво та цікаво, але францій практично ніде не використовується.
10. Каліфорній/>
Каліфорнія в цьому світі немає зовсім, а виробляють його у двох місцях: Димитровграді в РФ та Окріджській національній лабораторії у США. Для виробництва одного грама каліфорнію плутоній чи кюрій піддають тривалому нейтронному опроміненню в ядерному реакторі – від 8 місяців до 1,5 років. Вся лінійка розпадів виглядає так: Плутоній-Америцій-Кюрій-Берклій-Каліфорній. Каліфорній-252 є кінцевим результатом ланцюжка — цей елемент неможливо перетворити на важчий ізотоп, тому що його ядро ніби говорить «дякую, наїлося», слабко відгукується на вплив нейтронами.
На шляху перетворення плутонію на каліфорній зі 100% ядер розпадається 99,7%. Лише 0,3% ядер утримується від розпаду і проходить остаточно весь етап. А ще продукт необхідно виділити! Виділення ізотопу відбувається шляхом екстракції, екстракційної хроматографії або внаслідок іонного обміну. Щоб надати йому металевого вигляду, проводиться відновна реакція.
На отримання одного грама каліфорнію-252 витрачається 10 кілограмів плутонію-239.
Щорічна кількість каліфорнію-252, що видобувається, становить 40-80 мікрограм, а за оцінками фахівців світовий запас каліфорнію становить не більше 8 грамів. Тому каліфорній, а точніше, каліфорній-252 – найдорожчий у світі промисловий метал, вартість його одного грама у різні роки варіювала від 6,5 до 27 мільйонів доларів.
Логічне питання: а кому він взагалі потрібний? Ланцюг з нього на шию не зробиш, коханої у вигляді кільця не подаруєш. Справа в тому, що Cf-252 має високий коефіцієнт розмноження нейтронів (вище 3). Грам Cf-252 випускає близько 3⋅1012 нейтронів за секунду. Так, потенційно можна зробити атомну бомбу, але з урану і того ж плутонію дешевшим, тому сам каліфорній використовується як джерело нейтронів у різних дослідженнях, у тому числі в промислових потокових нейтронно-активаційних аналізаторах на конвеєрній стрічці. До речі, %username%, я особисто бачив цей каліфорній вигляді маленької ампулки, яку витягли із здоровенної бочки радіаційного захисту та швиденько засунули у потрібне місце аналізатора.
Зрозуміло, що за такі гроші каліфорній просто повинен бути отрутою, хай і не таким крутим, , Але нейтрони - теж нічого. Але виходить дорого, звісно.
Ну начебто все — залишилося поспати приблизно чотири години перед дорогою. Сподіваюся, що вийшло цікаво, і я все це корябал не дарма.
Бажаю тобі, %username%, бути твердим, як титан, легким на підйом, як літій, непохитним, як іридій та цінним, як каліфорній! Ну і більше золота в кишені само собою.
(можеш блиснути цим тостом на наступному святі - не дякуй)
Джерело: habr.com