Самые интересные металлы11.05.2019 01:47

Кто не слушает металл — тому бог ума не дал!

 — Народное творчество

Привет, %username%.

gjf снова на связи. Сегодня буду совсем краток, потому что через шесть часов вставать и ехать.

А рассказать я сегодня хочу о металле. Но не о том, который музыка, — о том мы можем поговорить как-нибудь за кружечкой пива, а не на Хабре. И даже не о металле —, а о металлах! И рассказать я хочу о тех металлах, которые меня в жизни так или иначе поразили своими свойствами.

Поскольку все участники хит-парада отличаются какими-то своими суперспособностями, то мест и победителей не будет. Будет — металлическая десятка! Так что порядковый номер ничего не означает.

Поехали.

Ртуть — самый жидкий металл: температура её плавления составляет -39 °C. О том, что она токсична — и даже очень — я уже писал, а потому повторяться не буду.

С древних времён на ртуть разве что не молились — ещё бы, «жидкое серебро»! Алхимики считали, что именно во ртути где-то прячется знаменитый философский камень, например Джабир ибн Хайян считал, что раз ртуть — это жидкий металл, то она — «абсолютна»: она свободна от любых примесей, присущих твёрдым металлам. Сера — другой предмет восхищения Хайяна — элемент огня, он способен давать чистое «абсолютное» пламя, а потому все остальные металлы (а поскольку это был VIII век — их было негусто: семь) образованы из ртути и серы.

Что в VIII веке, что сейчас — если смешать ртуть и серу, то получится чёрный сульфид ртути (и это, кстати, один из способов дезактивации пролитой ртути) —, но уж никак не металл. Эту досадную неудачу Хайян объяснял тем, что все тупые не хватает некоего «созревателя», который из чёрной ерунды приведёт к получению металла. И конечно все бросились искать «созреватель», чтобы получить золото. История поиска философского камня официально объявлена открытой.

%username%, ты вот сейчас смеёшься над алхимиками —, но ведь они-таки добились своего! В 1947 году американскими физиками при бета-распаде изотопа Hg-197 получен единственный устойчивый изотоп золота Au-197. Из 100 мг ртути добыли целых 35 мкг золота — и они сейчас красуются в Чикагском музее науки и промышленности. Так что алхимики были правы — ведь можно! Только, блин, дорого…

Кстати, единственным алхимиком, который не верил в возможность получения золота из других металлов был Абу Алии Хусеейн ибн Абдуллаах ибн аль-Хаасан ибн Алии ибн Сина —, а для тёмных неверных — просто Авиценна.

Между прочим, со ртутью по своему виду очень соперничает другой металл — галлий. Его температура плавления 29 °C, в школе мне показывали эффектный фокус: на руку кладётся кусок какого-то металла…

Кстати, галлий сейчас можно купить на алике, чтобы показывать такой фокус. Не знаю, правда, проедет ли он таможню.

Суровый титан — это тебе не ртутные сопли! Это — самый твёрдый металл! Ну в моём детстве и юношестве титаном писали на всех этих стёклах в общественном транспорте. Потому что царапал — и мелкой металлической пылью окрашивал.

Все знают, что титан благодаря твёрдости и лёгкости используют в авиации. Расскажу о некоторых интересных применениях.

Будучи нагретым, титан начинает поглощать разные газы — кислород, хлор и даже азот. Это используют в установках очистки инертных газов (аргона, например) — его продувают через трубки, заполненные титановой губкой и нагретые до 500–600 °C. Кстати, при этой температуре титановая губка взаимодействует с водой — кислород поглощается, водород отдаётся, но обычно водород в инертных газах никого не беспокоит, в отличие от воды.

Белый диоксид титана TiO2 используется в красках (например, титановые белила), а также при производстве бумаги и пластика. Пищевая добавка E171. Кстати, при производстве диоксида титана обязательно контролируют его элементный состав —, но вовсе не для того, чтобы снизить примеси, а чтобы добавить «белизны»: нужно, чтобы окрашивающих элементов — железа, хрома, меди и т.д. — было поменьше.

Карбид титана, диборид титана, карбонитрид титана — конкуренты карбида вольфрама по твёрдости. Недостаток — они его легче.

Нитрид титана применяется для покрытия инструментов, куполов церквей и при производстве бижутерии, так как имеет цвет, похожий на золото. Все эти «медицинские сплавы», похожие на золото — это покрытие нитридом титана.

Кстати, упорные учёные недавно сделали всё-таки сплав, который твёрже титана! Только чтобы этого добиться — пришлось смешать палладий, кремний, фосфор, германий и серебро. Штука получилась недешёвая, а потому опять победил титан.

Вольфрам — тоже противоположность ртути: самый тугоплавкий металл с температурой плавления 3422 °C. Он известен ещё с XVI века, правда, известен не сам металл, а минерал вольфрамит, в котором содержится вольфрам. Кстати, название Wolf Rahm на языке суровых немцев означает «волчьи сливки»: немцы, которые плавили олово, очень не любили примеси вольфрамита, который мешал плавке, переводя олово в пену шлаков («пожирал олово как волк овцу»). Сам металл уже выделили позже, примерно через 200 лет.

То, что на фото — не вольфрам на самом деле, а карбид вольфрама, так что если у тебя на руке такое кольцо, %username%, то не сильно задавайся. Карбид вольфрама — тяжёлое и крайне твёрдое соединение —, а потому используется во всяких деталях, которыми бьют, кстати «победит» — это 90% карбида вольфрама. А ещё карбид вольфрама добрые люди добавляют в качестве наконечника бронебойных снарядов и пуль. Но не только его, позже расскажу про другой металл.

Кстати, хоть вольфрам и тяжёлый —, но несмотря на бо́льшую плотность по сравнению с традиционным и более дешёвым свинцом, защита из вольфрама оказывается менее тяжёлой при равных защитных свойствах или более эффективной при равном весе. Из-за тугоплавкости и твёрдости вольфрама, затрудняющих его обработку, в таких случаях используются более пластичные сплавы вольфрама с добавлением других металлов либо взвесь порошкообразного вольфрама (или его соединений) в полимерной основе. Выходит легче, эффективнее —, но только дороже. Так что в случае фолаута, %username%, бери себе вольфрамовую броню!

Кстати, на своём «вечном кольце» я умудрился какой-то химией поставить пятно — и даже не знаю, чем. Так что «вечное» оно только у обычных людей)))

Единственный природный металл, который используют, как топливо. Ну — ядерное топливо.

Когда я был ещё школьником, но был вхож в университет (не скажу почему!), то меня всегда смешила реакция иностранных студентов, когда им в микроскоп показывали кристаллы уранил-ацетата натрия. Ну есть такая качественная реакция. Когда иностранцам говорили слово «уранил» — их сдувало с этажа. Все смеялись.

Мне смешно и грустно, что теперь и большая часть наших людей тоже считают, что уран- страшен, опасен и ужасен. Падение образования налицо.

На самом деле ещё в древнейшие времена природная окись урана использовалась для изготовления жёлтой посуды. Так, возле Неаполя найден осколок жёлтого стекла, содержащий 1% оксида урана и датируемый 79 годом н. э. Он не светится в темноте и не фонит. Я был в Жёлтых Водах на Украине, где добывают урановый концентрат. Никто там не светится и не фонит. А разгадка проста: природный уран слаборадиоактивен — не более, чем граниты и базальты, а также терриконы и метрополитен. Тот уран, который УРАН — это изотоп U-235, которого в природе всего 0,7204%. Его так мало, что для ядерщиков нужно выделять и концентрировать этот изотоп («обогащать») — так просто работать реактор не будет.

Кстати, раньше в природе U-235 было больше — просто со временем он распался. И поскольку его было больше — ядерный реактор сделать можно было прямо на коленке. В прямом смысле. Так и произошло в Габоне на месторождении Окло примерно 2 миллиарда лет назад: через руду бежала вода, вода — естественный замедлитель нейтронов, которые вылетают при распаде урана-235 — в итого энергии нейтронов было как раз столько, сколько нужно для захвата ядром урана-235 — и пошла-поехала цепная реакция. И уранчик горел себе несколько сотен лет, пока не выгорел…

Обнаружили это значительно позже, в 1972 году, когда на урановой обогатительной фабрике в Пьерлате (Франция) во время анализа урана из Окло было найдено отклонение от нормы изотопного состава урана. Содержание изотопа U-235 составило 0,717% вместо обычных 0,720%. Уран — не колбаса, тут недовес строго карается: все ядерные объекты подвергаются жёсткому контролю с целью недопущения незаконного использования расщепляющихся материалов в военных целях. А потому учёные стали исследовать, нашли ещё пару элементов, типа неодима и рутения, и поняли — U-235 украли до нас просто выгорел, как в реакторе. То есть ядерный реактор природа изобрела задолго до нас. Впрочем, как и всё.

Обеднённый уран (это когда 235-й забрали и отдали атомщикам, а остался U-238) — тяжёлый и твёрдый, напоминает чем-то по свойствам вольфрам, а потому — точно так же используется там, где надо бить. Об этом есть история из бывшей Югославии: там использовали бронебойные снаряды с бойком, содержащим уран. Проблемы у населения были, но вовсе не из-за радиации: мелкая урановая пыль попадала в лёгкие, усваивалась — и давала плоды: уран токсичен для почек. Вот так-то — и нечего бояться уранил-ацетата! Правда, законам РФ это не указ —, а потому вечные проблемы с заездом химических реактивов, содержащих уран — потому как для чиновника уран бывает только один.

А ещё есть урановое стекло: небольшая добавка урана придаёт красивую жёлто-зелёную флуоресценцию.

Кстати, очень полезно предложить гостям яблоки или салатик, а потом включить немножко ультрафиолета и показать, как красиво. Когда все закончат восторгаться — небрежно так бросить: «Ну да, ещё бы, это же урановое стекло…» И откусить кусочек яблочка с вазы…

Ну раз уж поговорили о тяжёлых уранах-вольфрамах, то настало время назвать самый тяжёлый металл вообще — это осмий. Его плотность составляет 22,62 г/см³!

Однако осмию, будучи самым тяжёлым, ничего не мешает быть ещё и летучим: на воздухе он постепенно окисляется до OsO4, который летучий — и кстати очень ядовитый. Да — это элемент платиновой группы, но он вполне себе окисляется. Название «осмий» происходит от древнегреческого ὀσμή — «запах» — именно благодаря этому: химические реакции растворения щелочного сплава осмиридия (нерастворимого остатка платины в царской водке) в воде или кислоте сопровождаются выделением неприятного, стойкого запаха OsO4, раздражающего горло, похожего на запах хлора или гнилой редьки. Этот запах почувствовал Смитсон Теннант (о нём позже), работавший с осмиридием — и так и назвал металл. И знаю я, что осмий должен быть в порошке и его нужно греть, чтобы процесс пошёл интенсивно —, но в любом случае я не стремлюсь долго находиться рядом с этим металлом.

Кстати, есть ещё такой изотоп Os-187. В природе его очень мало, а потому из осмия его выделяют на центрифугах путем масс-сепарации — прямо как уран. Разделение ждут 9 месяцев — да-да, вполне уже можно родить. А потому Os-187 — один из самых дорогих металлов, именно его содержание обуславливает рыночную цену природного осмия. Но он не самый дорогой, о самом расскажу ниже.

Раз уж заговорили о платиновой группе, то стоит ещё вспомнить об иридии. Осмий отнял у иридия звание самого тяжёлого металла —, но разошлись в копейках: плотность иридия 22,53 г/см³. Осмий с иридием даже открыты были вместе в 1803 году английским химиком С. Теннантом — оба в качестве примесей присутствовали в природной платине, доставленной из Южной Америки. Теннант был первым среди нескольких учёных, кому удалось получить в достаточном количестве нерастворимый остаток после воздействия на платину царской водки и определить в нём ранее неизвестные металлы.

Но в отличие от осмия, иридий — самый, блин, стойкий металл: в виде слитка он не растворяется ни в каких кислотах и их смесях! Вообще! Даже грозный фтор берёт его только при 400–450 °C. Чтобы всё-таки растворить иридий, приходится его сплавлять с щелочами — да ещё желательно в токе кислорода.

Механическая и химическая прочность иридия используется в Палате мер и весов — из платиноиридиевого сплава изготовлен эталон килограмма.

В настоящий момент иридий не является банковским металлом, но и в этом уже есть сдвиги: в 2013 году иридий впервые в мире был применён в изготовлении официальных монет Национальным банком Руанды, который выпустил монету из чистого металла 999-й пробы. Иридиевая монета была выпущена номиналом 10 руандийских франков. И чёрт — я бы хотел такую монету!

Кстати, я в глубокой молодости в «Юном технике» как-то прочитал какой-то фантастический рассказ, когда паренёк к успеху шёл смог наменять песок на иридий по курсу 1:1 с какими-то там инопланетянами в подвале. Ну им видите ли кремний был нужен! Название и автора рассказа уже и не вспомню. спасибо Wesha — напомнил: В.Шибаев. Кабель «оттуда».

В жизни часто бывает, что есть чемпион фактический и формальный. Если иридий — фактический чемпион по химической стойкости, то золото — формальный: это самый электроотрицательный металл, 2,54 по шкале Полинга. Но это не мешает золоту растворяться в смесях кислот, так что как обычно — лавры достались тому, кто побогаче.

И действительно, в настоящий момент, благодаря тому, что Китай и РФ уходят от политики накопления золотовалютного запаса в долларах США к политике накопления собственно золота, золото — самый дорогой банковский металл: по цене он давно обогнал платину — да и вообще всю платиновую группу. Так что храни деньги в сберегательной кассе золоте, %username%!

Поскольку алхимический способ добычи золота показал свою дороговизну, получают этот металл на аффинажных заводах. А монетки делают уже на монетных дворах. Так вот, как человек, побывавший и там и там, могу сказать: работники подобных предприятий при посещении зоны, где есть драгметалл, либо переодеваются — и на рабочей одежде нет ни единой булавки или скрепки — рамки на проходной совсем не такие, как в аэропортах, там всё жёстче. Или действует так называемый «голый режим» — да-да, ты понял правильно: проходная для мальчиков и проходная для девочек — оденетесь уже внутри. Если у тебя имплант из металла — куча справок, куча разрешений, каждый раз индивидуально проверяют, что имплант на месте, где должен быть.

Кстати, а как ты думаешь — как организованы проходные на банкнотном дворе? Бумажки же не звонят!

В отличие от тяжёлых осмиев-иридиев литий — самый лёгкий металл, его плотность всего 0,534 г/см³. Это — щелочной металл, но самый неактивный из всей группы: в воде не взрывается, а спокойно взаимодействует, на воздухе тоже не сильно окисляется, да и поджечь его непросто: после 100 °C так хорошо покрывается оксидом, что дальше и не окисляется. Поэтому литий — единственный щелочной металл, который не хранят в керосине — зачем, если он достаточно инертный? И это к счастью — из-за своей низкой плотности литий бы в керосине плавал.

Природный литий состоит из двух изотопов: Li-6 и Li-7. Поскольку сам атом так мал, то лишний нейтрон значимо влияет на радиус орбитали и энергию возбуждения электрона, а потому обычный атомный спектр этих двух изотопов отличается — следовательно, возможно определять их даже без всяких масс-спектрометров — и это единственное исключение в природе! Оба изотопа очень важны в ядерной энергетике, кстати, дейтерид Li-6 используется как термоядерный порох в термоядерном оружии — и больше я не скажу ни слова на эту тему!

Литий также используют психиатры в качестве нормометика для лечения и профилактики маний. Когда я студентом подрабатывал на кафедре, к нам приходила тётенька с плазмой крови, в которой надо было определять литий. С какого-то раза я взял и полез в литературу (интернета ещё не было), чтобы понять, зачем там вообще литий определять? И узнал… Со следующего визита я так невзначай спросил тётю, а чья кровь вообще была? Когда она ответила, что её, я больше старался с ней лично не встречаться.

Ну то так — литий и литий, он даже в воде иногда определяется. Кстати, во Львове в воде его довольно много.

У франция целый набор титулов. Ну во-первых, франций — самый редкий металл. Всё его содержание — полностью радиогенное: он существует как промежуточный продукт распада урана-235 и тория-232. Общее содержание франция в земной коре оценивается в 340 граммов. Так что пятно на картинке выше — это не фото чёрной дыры в анфас, а около 200 000 атомов франция в магнитно-оптической ловушке. Все изотопы франция радиоактивны, самый долгоживущий из изотопов — Fr-223 — имеет период полураспада 22,3 минуты. Потому франция так и мало.

Тем не менее, франций имеет самую низкую электроотрицательность из всех элементов, известных в настоящее время, — 0,7 по шкале Полинга. Соответственно, франций является и самым химически активным щелочным металлом и образует самую сильную щёлочь — гидроксид франция FrOH. И не спрашивай, %username%, как это всё определяли с элементом, которого пшик — да маленько, и которого каждые 22,3 минуты становится ещё в два раза меньше, а исследователь светится сам всё ярче. А потому всё это интересно и занимательно, но франций практически нигде не используется.

Калифорния в этом мире нет совсем, а производят его в двух местах: Димитровграде в РФ и Окриджской национальной лаборатории в США. Для производства одного грамма калифорния плутоний или кюрий подвергают длительному нейтронному облучению в ядерном реакторе — от 8 месяцев до 1,5 лет. Вся линейка распадов выглядит следующим образом: Плутоний-Америций-Кюрий-Берклий-Калифорний. Калифорний-252 является конечным результатом цепочки — этот элемент невозможно превратить в более тяжелый изотоп, так как его ядро как бы говорит «спасибо, наелось» слабо откликается на воздействие нейтронами.

На пути преобразования плутония в калифорний из 100% ядер распадается 99,7%. Лишь 0,3% ядер удерживается от распада и проходит до конца весь этап. А ещё продукт нужно выделить! Выделение изотопа происходит методом экстракции, экстракционной хроматографии либо вследствие ионного обмена. Чтобы придать ему металлический вид, производится восстановительная реакция.

На получение одного грамма калифорния-252 затрачивается 10 килограммов плутония-239.

Ежегодное количество добываемого калифорния-252 составляет 40–80 микрограмм, а по оценкам специалистов мировой запас калифорния составляет не более 8 граммов. Поэтому калифорний, а точнее — калифорний-252 — самый дорогой в мире промышленный металл, стоимость его одного грамма в разные годы варьировала от 6,5 до 27 миллионов долларов.

Логичный вопрос:, а кому он вообще нужен? Цепь из него на шею не сделаешь, любимой в виде кольца не подаришь. Дело в том, что Cf-252 имеет высокий коэффициент размножения нейтронов (выше 3). Грамм Cf-252 испускает около 3⋅1012 нейтронов в секунду. Да, потенциально можно сделать атомную бомбу, но из урана и того же плутония дешевле, поэтому сам калифорний используется как источник нейтронов в различных исследованиях, в том числе в промышленных поточных нейтронно-активационных анализаторах на конвейерной ленте. Кстати, %username%, я лично видел этот калифорний виде маленькой ампулки, которую вытащили из здоровенной бочки радиационной защиты и быстренько засунули в нужное место анализатора.

Понятно, что за такие деньги калифорний просто обязан быть ядом, пусть и не таким крутым, как полоний, который лупит альфа-частицами, но нейтроны — тоже ничего. Но выходит дороговато, конечно.

Ну вроде всё — осталось поспать примерно четыре часа перед дорогой. Надеюсь, что вышло интересно, и я всё это корябал не зря.

Желаю тебе, %username%, быть твёрдым, как титан, лёгким на подъём, как литий, непреклонным, как иридий и ценным, как калифорний! Ну и побольше золота в кармане само собой.
(можешь блеснуть этим тостом на следующем празднике — не благодари)

© Habrahabr.ru