По распространенности в земной коре титан занимает среди
advertisement
2 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования «СЕВЕРО-КВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)» *** Кафедра химии РАСПРОСТРАНЕНИЕ И ФОРМЫ НАХОЖДЕНИЯ МЕТАЛЛОВ В ПРИРОДЕ Пособие для самостоятельной работы для студентов горно – геологического, металлургического и др. факультетов, изучающих химию. Составители: проф. Алиханов В.А. доц. Худоян М.В. ВЛАДИКАВКАЗ 2015 3 УДК 54 ББК 21.1 Рецензент: к.т.н., профессор кафедры Металлургии цветных металлов Линьков В.А. Распространение и формы нахождения металлов в природе. Пособие для самостоятельной работы для студентов горно – геологического, металлургического и др. факультетов, изучающих химию. Сост.: проф. Алиханов В.А., доц. Худоян М.В. Северо – Кавказский горно – металлургический институт (государственный технологический университет). Изложены основные формы соединений металлов в природе и их происхождение. Большое внимание уделено истории открытия основного элемента минерала, способом получения их и применении 4 Предисловие История цивилизации - это история потребления минеральных ресурсов, минералов и горных пород, слагающую наружную оболочку планеты – земную кору. Мы не только давно, но и крепко связаны с миром минералов, порой не очень представляя всю глубину и обширность этой связи. При изучении курса химии студент должен знать «что из чего состоит» т.е. как получают металлы, из чего получают в природе в виде каких соединений (минералов) находятся металлы. Поэтому в этом небольшом учебном пособии приведены сведения о важнейших рудах, их промышленных минералах, средних содержаниях металла в руде, формах промышленных скоплений, сопутствующих полезных и вредных компонентах, а также ориентировочных мировых запасах главнейших металлов. Также дается историческая справка открытия главного элемента руды и важнейшие области применения этого металла и его соединений. Эти сведения необходимы, прежде всего, для студентов – металлургов, геологов, горняков, экологов и др. 5 ВВЕДЕНИЕ Более 80% химических элементов относятся к металлам. Большинство металлов находится в природе в виде соединений с другими элементами. Только немногие металлы встречаются в свободном состоянии. Это в основном благородные металлы, например золото, платина. Иногда попадается в самородном виде серебро, медь, ртуть и некоторые другие металлы. Остальные металлы входят в состав различных минералов, из которых химической переработкой получают металл. Вместе с тем не всякий природный минерал годится для получения, содержащегося в нем металла. Следовательно, не всякий природный минерал можно называть металлической рудой. Горную породу или минерал, содержащий тот или иной металл в количестве, которое делает экономически выгодным его промышленное получение, называют рудой данного металла. Главнейшие руды содержат оксиды, сульфиты и карбонаты металлов. К наиболее распространенным в природе металлам относятся: алюминий, железо, кальций, натрий, калий, магний и титан, а к наиболее распространенным соединениям относятся силикаты (𝐾3 Al𝑆𝑖3 𝑂8 , K𝐴𝑙2 (𝑆𝑖3 𝑂10 ) (𝑂𝐻)2 , 𝑀𝑔3 𝑆𝑖4 𝑂10 𝐻2 и др.), оксиды (𝐴𝑙2 𝑂3 , 𝐹𝑒2 𝑂3 , 𝑇𝑖𝑂2 , 𝐶𝑢2 𝑂 и др.), сульфиды (PbS, HgS, Fe𝑆2 , 𝑍𝑛𝑆, 𝐶𝑢𝑆 и др.), карбонаты (Ca𝐶𝑂3 , Mg𝐶𝑂3 , 𝐹𝑒𝐶𝑂3 и др.), галогениды(𝐶𝑎𝐹2 , 𝑀𝑔𝐶𝑙2 , 𝑁𝑎𝐶𝑙 и др. ), сульфаты (𝐶𝑎𝑆𝑂4 , 𝐵𝑎𝑆𝑂4 , 𝑀𝑔𝑆𝑂4 и др. ), фосфаты (𝐶𝑎𝐴𝑙6 (𝑃𝑂4 )4 (𝑂𝐻)2 ∙ 4𝐻2 𝑂, 𝐶𝑎3 (𝑃𝑂4 )2 и др). В земной коре известно свыше 2500 минералов, но исследователи открывают все новые и новые. Большинство металлов мало распространенно в земной коре. Среднее содержание какого-либо элемента в земной коре геохимии назвали кларком – в честь американского химика Ф. Кларка, более 40 лет 6 посвятившего изучению этой проблемы. Одни кларки очень высокие ( для кислорода около 50%, для кремния более 27%) 18 элементов – кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, натрий, калий, магний, водород, титан, углерод, хлор, фосфор, сера, азот, марганец, фтор, барий – составляет 99,8% массы земной коры. На долю всех остальных элементов приходится лишь 0,2%. Различия в кларках определяют и разное число минералов – у отдельных элементов и их неодинаковое распространение в природе. Каково происхождение металлов? Поиски полезных минералов ведут всюду – и в горах, и в пустынях и в Арктике, и во влажных тропиках, и на дне морей и океанов. Но для того, чтобы найти нужный минерал, надо знать, каково его происхождение (генезис). Многие минералы образовались при застывании огненно-жидких силикатных расплавов- магм, находящихся обычно на больших глубинах, но изливающихся на поверхность при извержении вулканов. При застывании «кислых магм», содержащих много кислотного оксида SiO2 образуются светлые породы- гранита. Они состоят из трех минераловкварца, полевого шпата и слюды. При застывании «основных магм» (сравнительно бедных SiO2) образуется другая порода темно-зеленные базальты, также содержащие полевые шпаты. В них уже нет кварца, но много бутылочно-зеленного минерала оливина, богатого магнием и железом (Mg2+, Fe2+) SiO4 Всего при застывании магмы образуется около 250 минералов, все они, как правило, имеют сложный состав и содержат, кроме главных элементов- спутников. Свыше 1000 минералов кристаллизуются из минеральных водповерхностных и подземных, холодных и горячих, пресных и соленных. Знаменитый русский геохимик В.И. Вернадский выделил более 1500 различных видов вод, и с каждым из них связано образование минералов. 7 Если к раствору, содержащему хлорид бария, добавить раствор сульфата натрия, то произойдет известная реакция: BaCl2 + Na2SO4 =BaSO4 + 2NaCl в результате которой нерастворимый сульфит бария выпадает в осадок. Аналогичная реакция протекает в природе. Глубинные горячие воды часто содержат хлориды кальция, стронция, бария. Если такие воды по трещинам в земной коре приближаются к поверхности, то уже на небольшой глубине они встречают подземные воды, содержащие сульфат натрия. При их взаимодействии, как и в лаборатории, осаждаются трудно растворимые сульфаты. Так в трещинах появляются жилы голубоватого целестина SrSO4, медово-желтого барита BaSO4, белого гипса CaSO4∙2H2O. Кальций более распространен в земной коре, чем барий или стронций, и поэтому гипс встречается чаще. Наконец, надо отметить и важную группу минералов, образующихся в телах живых организмов (биолиты) – в животных, растениях, микроорганизмах. Из биолитов состоят многие известняки, выходы которых прослеживаются на десятки и сотни километров. Таковы, например, толтры - известняковые гряды на Валино – Подольской возвышенности, наследники теплого миоценового моря, в котором жили моллюски, водоросли, кораллы и другие организмы с известняковым скелетом. Известняки состоят из кальцита CaCO3. Геохимические процессы продолжаются и в настоящее время. В частности, стойкие комплексные соединения образуют с клеточными веществами 12 металлов: магний, алюминий, титан, ванадий, хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, молибден. Все земные растения поглощают за год почти 1,5 миллиарда тонн этих металлов. Отдельные группы водорослей и высших растений характеризуются собственными уровнями концентрации металлов: сине-зеленные водоросли докембрия обогащены железом, кобальтом, никелем и цинком, а голосеменные растения палеозоя «насыщены» марганцем, а 8 покрытосеменные – марганцем и молибденом. Между накоплением отдельных металлов в растениях определенной геологической эпохи и обогащением ими одновозрастных определенная зависимость. осадочных Например, пород массовое существует распределение в докембрийских морях сине-зеленных водорослей с высоким содержанием железа, кобальта и никеля совпадают по времени с образованием наиболее мощных рудных осадочных толщ этих элементов. Металлы концентрируют не только растения, но и другие живые организмы. Алюминий собирается в слизистой оболочке бактерий, которые могут накапливать его до 18%. Кремний поглощают диатомен и кремниевые губки, к железу, кальцию и сере проявляют склонность определенные виды бактерий. Таким образом минералы по условиям образования делятся на магматогенные, метаморфогенные и экзогенные. Магматогенное происхождение характерно почти для всех руд черных, цветных и редких металлов. Метаморфогенное происхождение имеют главным образом некоторые железные, марганцовые и золотые руды. Далее рассмотрим в виде каких соединений, в виде каких минералов находятся в природе важнейшие металлы. ЖЕЛЕЗО Железо – один из наиболее распространенных в природе элементов: по содержанию в земной коре (4,65% по массе) оно уступает лишь кислороду, кремнию и алюминию. Ученые посчитали, что примерно 20 000 000 млрд.т этого элемента сконцентрировано в виде месторождений, пригодных для промышленной разработки. Важнейшие руды: бурые железняки (основной минерал гидрогетит HFeO2∙ nH2O, содержащий 63-69% Fe), красные железняки ( гематит Fe2O3, 70%Fe), магнитные железняки ( магнетит Fe3O4, 72,4% Fe), шпатовые железняки ( сидерит FeCO3, 48,2% Fe). Большинство минералов 9 железа имеет желто-бурый, коричневый, красно-бурый и темно- красный цвет. Наиболее крупные природные запасы руд железа находятся в России – Курская магнитная аномалия, на Урале (горы Магнитная, Высокая, Благодать), на Юге Западной Сибири (Горная Шорня). Крупными месторождениями железа располагают США. Исследования советских и американских ученных показали, что железо в заметных количествах присутствует в лунном грунте. В образцах, доставленных автоматической станцией «Луна-20», железо находится в распыленном не окисленном виде. А красноватый оттенок Марса, как полагают ученные, обусловлен тем, что многие горные породы, слагающие эту планету, покрыты оксидом железа. НИКЕЛЬ Название «Никель» происходит от известного уже в XVIIв. Минерала купферникель (арсенид никеля, NiAs), часто вводившего в заблуждение горняков, внешним сходством с медными рудами. Первая часть слова «Купферникель» - название меди, а вторая – имя докучливого «горного духа» гнома Старого Ника. Он не прочь позабавиться над горняками, подсунув им вместо меди «пустую породу». Слово «никель» долго было у горняков бранным. Шведский химик А. Кронштедт, сумевший в 1751г. впервые выплавить из этой руды небольшой слиток «королек» металла, назвал его никелем. Открытие нового элемента оспаривалось. Считали, что Кронштедт получил сплав железа и кобальта с мышьяком и серой. Кронштедт настаивал на индивидуальности никеля, ссылаясь в качестве «вещественных доказательств», в частности, на зеленую окраску его соединений и легкость взаимодействия этого «полуметалла» с серой. Но Кронштетд умер в 1765 году, так и не дождавшись признания своего открытия. 10 В1775 году соотечественник Кронштедта химик и металлург Т.Бергман опубликовал свои исследования, которые убедили многих в том, что никель действительно новый металл. Но окончательно споры улеглись лишь в начале XIX века, когда нескольким крупным химикам впервые удалось выделить чистый никель. Полувековые усилия исследователей были подытожены Иеремией Рихтером, который более известен в истории химии, как один из основоположников стехнометрии. Чтобы получить чистый никель, Рихтер после обжига Купферникеля NiAs на воздухе (для удаления большей части мышьяка, восстановления углем и растворения королька в кислоте) проделал 32 перекристаллизации никелевого купороса и затем из этих кристаллов восстановил чистый металл. Полученный этим весьма многотрудным путем» никель был описан Рихтером в 1804 году в статье «Об абсолютно чистом никеле, благородном металле, его получении и особых свойствах.» В историю элемента №28 статья Рихтера вошла как пророческая: в нем были указаны почти все характерные особенности никеля, сделавшие его одним из главнейших металлов современной техники,- большая сопротивляемость коррозии, жаростойкость, высокая пластичность и ковкость, магнитные свойства. Эти особенности и определили пути, по которым никель был направлен человеком. В земной коре содержится 5,8∙10-3% никеля. Кроме Купферникеля NiAs (теперь называемого никелином), наиболее важны : милерит – сульфид NiS; пентландит (сульфид, в котором никель частично замещен железом,(Fe,Ni)9S8); никелевый блеск,или герсдорфит, NiAsS; гарниерит, Ni4[Si4O10] (OH)4∙4H2O; ревденскит 3(Ni,Mg)O ∙ 2SiO2 ∙ 2H2O. Встречается в природе и оксид NiO (минерал бунзенит). Сульфидные минералы образуют пластовые залежи, размеры залежей измеряются сотнями метров. Пластовые, жилообразные и 11 гнездообразные залежи образуют силикатные никелевые руды, образованные процессами выветривания. В России месторождения никеля находится на Урале, на Сахалине Кольском полуострове. Среди главнейших металлов современной техники никель занимает одно из первых мест; его руды считаются промышленными при содержании 0,3% Ni и даже ниже. КОБАЛЬТ Еще в древних Египте и Китае мастера умели готовить красивые смальты - непрозрачное стекло, из которого делали цветную мозаику. Были среди них и смальты удивительного глубокого синего цвета - теперь мы знаем, что их получали сплавлением кобальтовой руды, кварцевого песка и поташа. Красивый синий цвет и придавали смальте соли кобальта. По-видимому, синее кобальтовое стекло ценилось в Египте очень высоко. ваза из него была найдена в гробнице фараона Тутанхамона (XIV век до н.э.). Секрет приготовления таких стекол был утерян и вновь открыт только XVI веке знаменитыми мастерами Венеции. Сам же металл впервые выделил шведский химик Г. Брандт в 1735г из руд, по виду очень похожих на медные, но рудокопы назвали эти руды "кобольдами" по имени злого и насмешливого горного духа, или гнома мешающего работать горнякам; отсюда и название элемента. Кобальт встречается в природе всегда вместе с никелем. Известно свыше 30 минералов, содержащих кобальт; в основном это мышьяковистые и сернистые соединения. Важнейшие минералы: кобальтовый колчедан (Fe,Co)S2, кобальтовый блеск (кобальтин) CoAsS, шнейсовый кобальт (смальтин) CoAs2 и др. По распространенности в земной коре кобальт занимает 34-е место составляя 1,8∙10-3 % по массе. Обнаружен кобальт и в железных метеоритах. В связи с широким применением кобальт в новых отраслях техники производство его быстро растет. Наиболее крупными производителями 12 кобальта за границей является - Республика Конго, Бельгия, Замбия, ФРГ, Франция, Норвегия. Крупным поставщиком кобальтовых концентратов является Морокко. Исходное сырье для производства кобальта чрезвычайно многообразно по своему характеру и составу и как правило, является сложным комплексным: окисленные, сульфидные и смешанные меднокобальтовые руды, мышьякосодержащие кобальтовые руды, в состав которых входит ряд металлов - спутников, в этом числе серебро, сульфидные и окисленные никелевые руды, железно-никелевые руды, кобальтосодержащие концентраты и пириты, т.д. кобальтосодержащие Отсюда и значительное цинковые многообразие технологических схем получения кобальта в различных странах. Кобальт в рудах месторождения республики Конго находится в форме минералов асболана (водные оксиды кобальта и марганца типа CoO2∙MnO2∙4H2O), гетерогенита и сферокобальтита (СоСО3), а также сульфидной форме - линнеита (Со3S4) и кобальтита (СоАsS). Наряду с медью и кобальтом руды часто содержат свинец, цинк, никель, золото, серебро, платину, уран и радий. Наиболее богатые участки месторождений содержат до 5% кобальта. Кобальт получают попутно в производстве меди; частично кобальт извлекают в кобальтовый концентрат, который направляют в отдельное производство вместе с богатой рудой. В сульфидных медно-кобальтовых рудах Замбии кобальт находится главным образм в форме минерала каролита (CuS∙Co2S3). Здесь кобальт извлекают в кобальтовые и медно-кобальтовый концентраты, которые перерабатывают различными методами пиро- и гидрометаллургии. В настоящее время мышьякосодержащие руды продолжают видное место в мировом производстве кобальта. В Марроканских рудах кобалт находится в виде минералов смальтина (CoAs2) и в окисленной зоне эритрина (3CoO∙As2O5∙8H2O). 13 В Канаде кобальт встречается в виде смальтина и глаукодота (Со,FeAsS). Имеется кобальт в окисленных никелевых и в железных рудах, например на Кубе. В этих рудах кобальт обычно ассоциирован в марганцем и находится в виде мелковкрапленных асболанов. В ФРГ кобальт извлекают в больших количествах из кобальтосодержащих пиритов, привозимых из Финляндии и других стран. В России создана мощная кобальтовая промышленность. Низкое содержание кобальта в отечественном сырье вызвало необходимость создания оригинальных схем для его переработки. Кобальт получают из полиметаллических руд на Урале и Кольском полуострове. Кобальт ценный металл; его руды считаются промышленными даже при содержании 0,1% Со. МАРГАНЕЦ Mn – химический элемент VII группы периодической системы Менделеева; атомный номер 25, тяжелый серебристо – белый металл. Марганец был открыт в 1774 году шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле. Этот ученый за свою относительно короткую жизнь (он умер в 44 года) успел сделать очень много. Он открыл хлор, кислород, молибден и вольфрам, доказал, что, графит – один из видов элементарного углерода, получил глицерин, мочевую и синильную кислоты. Элемент №25 был обнаружен в пиролюзите MnO2∙H2O – минерале, известном еще Плинию старшему (Ш в н.э) этот минерал служил для устранения зеленой окраски стекла, вызываемой примесью FeO. Марганца в природе довольно много. Его содержание в земной коре оценивается в 0,1% по массе, и по распространению здесь он занимает 11е место среди прочих элементов. В свободном виде в природе марганец 14 не встречается. Его многочисленные минералы – это главным образом различные оксиды. Среди них уже упоминавшийся пиромозит, псиломелан –MnO2 c различными примесями, манганит Mn2O3. На дне Тихого, Атлантического и Индийского океанов находятся огромные марганца – так называемые железо – марганцевые конкреции, занимающие около 10% всей площади океанического ложа. Конкрециями называют минеральные образования округлой формы. Они встречаются в осадочных горных породах, их извлекают со дна океана. В 1969 году при глубоководном погружении подводной лодки извлечена самая большая из когда – либо найденных конкреций. Ее вес 90 килограммов, а состав (считая только главные компоненты): 25% марганца, 15%железа, 25% кристаллизационной воды. Предполагают, что на дне Тихого океана около 1,5 миллиарда тонн такого вещества. Не исключено, что уже в ближайшие годы начнется добыча конкреции с морского дна в промышленных масштабах и человечество получит еще один источник марганца. Из других минералов марганца интересен орлец MnSiO3 (часть Mn2+ может быть замещена Ca2+, Fe2+, иногда Mg2+, Zn2+). Цвет его от вишневокрасного до малинового и розового. Отсюда другое название минерала – родонит. Богатое месторождение этого минерала найденное на Среднем Урале, начали разрабатывать в середине XVIII века. Основной потребитель марганца – черная металлургия. Почти 95% получаемого металла идет на раскисление и десульфурацию стали и чугуна и на добавки в специальные стали. Марганец придает им такие качества, как коррозионная стойкость, износостойкость, вязкость и твердость. Очень интересны сплавы марганца с медью. Один из них – мангалин (около 85% Cu, 2%Mn, 3% Ni) характеризуется высоким электрическим сопротивлением, почти не зависящим от температуры. 15 Поэтому из манганина изготовляют катушки сопротивления электроизмерительных приборов. Сплав меди с марганцем и алюминием (76% Cu, 4% Mn,и 10% Al) замечателен тем, что он закаляется, как сталь, и ферромагнитен, хотя ни одна из его составных частей заметных феромагнитных свойств не проявляет. Микродозы марганца необходимы для жизни деятельности растений и животных. ВОЛЬФРАМ Еще в XIV – XVI в.в. мастера, выплавляющие олово, заметили, что при прокаливании одной из руд с углем много олова теряется, уходя в шлак. Руду назвали Wolf Rahm - «волчья пена». Говорили, что вольфрам «похижает олово и пожирает его, как волк овцу». Теперь мы знаем, что «волк» – это примесь минерала вольфрамита (Fe, Mn)WO4, препятствующая выплавке олова из касситерита SnO2. Другой минерал вольфрама – «тяжелый камень» (tungesten), был хорошо известен в Англии и Швеции. В 1781 г. Шведский химик К. Шееле выделил из тунгестена (впоследствии названного шеелитом CaWO4), оксид WO3. Два года спустя Испанские химики братья д’Элуяр выделили WO3 из вольфрамита; они же впервые получили сам металл восстановлением WO3 углем. Вольфрам – редкий элемент, по содержанию в земной коре (1,3∙10-4% по массе). В настоящее время известно около 15 минералов вольфрама, но промышленное значение имеют только четыре: вольфрамит, шеелит, гюбнерит (MnWO4) и ферберит (FeWO4). Среднее содержание вольфрама в рудах: для коренных месторождений 0,2 – 6% WO3, для россыпей не менее 0,015% WO3. Главнейшие промышленные скопления характеризуются следующим образом: кварцево – вольфраматовые жилы длиной до 1-2 км, глубиной до 500-700 метров. Пластовые и 16 жилообразные шеелитовые скарновые залежи площадью до сотен тысяч квадратных метров. Россыпи вольфрамита и гюбнерита, размеры их не велики. Штокверковые вольфрамитовые месторождения, их площади измеряются сотнями тысяч квадратных метров. Все минералы вольфрама имеют высокую плотность. Богатые железом вольфрамиты слабо магнитны, что используется при обогащении руд Шеелит флуоресцирует ярко- голубым цветом в ультрафиолетовых лучах. Этим свойством широко пользуются при минералогических исследованиях, разведке и рудоразборке. В вольфрамитовых рудах главным рудным минералом является вольфрамит, основными примесями – касситерит и молибденит; в меньших количествах встречаются арсенопирит, халькопирит, пирит и др. Пустая порода – кварц и, в меньшей мере, полевые шпаты и слюда. Весьма вольфрамовых важное руд, значение имеют образовавшиеся россыпные при месторождения выветривании коренных месторождений. Содержание вольфрама в россыпях обычно ниже, чем в жильных месторождениях (0,015 – 0,03% WO3), но разработка их проще. Основные месторождения вольфрама находятся в КНР, Бирме, КНДР, США, Боливии, Австралии. Крупные месторождения имеются а Португалии и Испании. В России эксплуатируется ряд месторождений Кавказа и Дальнего Востока. МОЛИБДЕН Вплоть до XVIII века встречавшийся в природе минерал – молибденовый блеск – не отличали от графита и свинцового блеска, так как по внешнему виду и мягкости они чрезвычайно похожи друг на друга. Эти минералы носили общее название «Молибден» (в переводе с греческого «молибдос» - означает свинец). В 1778г. Шведский химик К.Шееле после многократной обработки порошка молибденового блеска азотной кислотой получил молибденовую кислоту H2MoO4. Вскоре восстановлением ее ангидрида MoO3 был получен и сам металл. 17 В природе молибден распространен сравнительно мало, несколько меньше, чем его аналог – вольфрам. Содержание молибдена в земной коре 1,1∙10-4% по массе. Из 15 минералов молибдена молибденовый блеск (современное название молибдений) MoS2 – наиболее важный, имеющий промышленное значение. Основным производителем молибденной продукции являются США. Они владеют огромными природными ресурсами молибденовых руд. Значительный рост производства молибдена отмечен в Чили, Канаде и Норвегии. Участие других стран в производстве этого металла ничтожно. Крупные месторождения молибденовых руд в России находятся на Кавказе. Главный потребитель молибдена – черная металлургия. Молибден улучшает структуру стали, повышает ее механические свойства, расширяет, температурный интервал отпуска и закалки и улучшает свариваемость. Важное значение имеет применение молибдена в производстве сталей, предназначенных для орудейных и оружейных стволов, броневых плит, бронебойных снарядов, гранат, котлов высокого давления в военном флоте, частей подводных лодок и т.д. ВАНАДИЙ V – химический элемент V группы периодической системы Менделеева: атомный номер 23. Ванадий был открыт в 1801 году Мексиканским минералогом А.М. дель Рио в бурой свинцовой руде. Спустя 30 лет швед Н. Сефестрем «открыл» ванадий второй раз – в шведских железных рудах. В свободном состоянии ванадий выделен в 1867 году английским химиком Г. Роско. Название элемента произошло от имени древнегерманской богини любви Ванадии. Чувства этой богини, 18 по мифологическим сказаниям, отличались необыкновенным постоянством, и в этом смысле ванадий оправдывает свое название. Пружинные стали, содержащие этот металл, обладают стойкими свойствами. В промышленных масштабах ванадий добывается с начала XX века. В земной коре содержится 9∙10-3% ванадия по массе. Это довольно распространенный, но рассеянный в породах и минералах элемент. Самостоятельные месторождения ванадия встречаются довольно редко, а из 50 минералов ванадия, найденных в природе, лишь несколько имеют практическое значение для промышленности, это: патронит от VS2 до V2S5, роскоэлит KV2[AlSi3O10] (OH)2, ванадинит Pb5[VO4]3Cl, деклуазит (Zn, Cu) Pb [VO4]OH, карнотит K2[UO2]2 [VO4]2∙3H2O. Главная масса ванадия связана с изверженными породами. При этом вследствии близости ионных ресурсов трехвалентного железа и ванадия (0,67 и 0,65 А) ванадий в месторождениях этого типа не образует самостоятельных минералов, а изоморфно замещает железо в решетке макгнетита. Ванадий – содержащие магнетитовые руды распространенны мало, но ванадийсодержащие титаномагнетитовые руды имеются в ряде штатов США, Индии, Швеции, Норвегии, Финляндии и КНР. В России крупные месторождения титаномагнетитовых руд расположены на Урале, в восточной Сибири и в Карелии. Но основным сырьевым источником производства отечественного ванадия являются титаномагнетитовые руды Урала. В результате выветривания образуется титаномагнетитовые пески. Наиболее богаты крупные прибрежноморские россыпи Австралии, Италии, Японии и т.д. Все эти пески содержат обычно 0,36 – 0,38% V2O5. МЕДЬ Cu – химический элемент I группы периодической системы Менделеева, атомный номер 29. 19 Медь известна с древнейших времен. Она встречается в природе в виде самородков, покрытых покрытых зеленым или голубым налетом, красивого красного цвета в изломе. Медь оказалась первым металлом, который заменил камень в первобытных орудиях труда. Это произошло 6000 лет назад. В Египте еще в период Древнего царства из меди выковывали топоры, ножи, булавы и предметы домашней утвари. Камни пирамиды Хеопса (3000 лет до н. э.) обтесаны медным инструментом. Постепенно египтяне научились не только обрабатывать медные самородки, но и выплавлять медь из руд, добываемых на Синайском полуострове. Иногда попадались руды с примесью олова, что привело к открытию сплава меди с оловом – бронзы. Бронза оказалась более легкоплавной и твердой, чем сама медь. Открытие бронзы положило конец короткому медному веку и началу веку бронзовому, гораздо более длительному (с конца 4-го по 1-е тысячелетие до н.э.). Древние римляне вывозили медную руду с острова Кипр, отсюда произошло латинское название меди «Купрум». До нашего времени сохранились прекрасные бронзовые статуи Древнего Египта и эллады, бронзовые бюсты римских цезаре. Бронза была и остается любимым материалом скульпторов всех времен. Медь по распространенности в земной коре (4,7∙ 10-3% по массе) занимает двадцать шестое место среди других элементов. Медь встречается в природе в виде самородков, порой значительных размеров. Так, в 1857 г в США в районе Великих Озер был найден самородок массой 420 т. Интересно, что выступающие его еще были отбиты каменными топорами. Однако самородная медь в наше время составляет незначительную часть от общего производства металлов. Подавляющая часть меди присутствует в горных породах в виде соединений. Из сотен минералов меди промышленное значение имеют немногие, в частности халькопирит CuFeS2, халькозин Cu2S, ковеллин CuS, бронит Cu5FeS4, 20 энаргит Cu5AsS, куприт Cu2O, малахит CuCO3∙Cu(OH)2 и азурит 2CuCO3∙CuCO3∙Cu(OH)2. Среднее содержание меди в рудах – 0,5 – 10%. Главные промышленные скопления образуют пластовые залежи песчаников длиной халькопиритовых столбообразные сотни руд залежи среди километров. Линзообразные вулканических халькопиритовых руд пород. в залежи Жилы скарнах. и Жилы сульфидных медных руд в различных породах. Минералы меди ярко и красиво окрашены. Вот как в сказке П.П. Бажова описываются владения хозяйки медной горы: «Как комнаты под землей стали, а стены у них разные. То все зеленые, то желтые с золотыми крапинками. На которых опять цветы медные, синие тоже есть, лазоровые. Одним словом, изукрашено что и сказать нельзя». Действительно, кусочки ковеллина (его называют еще «медный индиго») отливают всеми цветами радуги. Медный блеск имеет синевато стальной цвет и блестит как полированный металл. Халькопирит отливает золотом. Азурит густо – синего цвета со стеклянным блеском, а его разновидность – землитый азурит (медная синь) ярко – голубого. Малахит высоко ценили еще в древности . Цвет малахита меняется от светло- зеленого до атласного темно-зеленого с разного рода прожимками. Не случайно его назвали по растению «мальва» ( по гречески «малахе» - благодаря сходству минерала с зеленым листом). Малахит и азурит ,как правило,встречаются вместе . В России их залежи имеются на Урале ,Алтае. В 1835 году на Урале была найдена глыба малахита весом 250 т. Русские мастера умели особым способом облицовывать малахитом вазы, столы и колонны зданий («Русская мозайка»). Малахитовые вазы высотой в человеческий рост можно увидеть в Эрмитаже. СВИНЕЦ Pb – химический элемент 4 группы п.с э., атомный номер 82. Он один из семи металлов ( олово, ртуть, золото, серебро, железо, 21 медь), известных человеку с древних времен. Раскопки показали, что еще за 3-4 тыс. лет до н.э в Месопотамии и египте из свинца изготовляли монеты, статуэтки, таблички для письма, различные предметы быта . Одно из «семи чудес света» - висячие сады Семирамиды – орошались водой через сложную систему колодцев, трубопроводов и других гидравлических сооружений, сделанных из свинца. Как ни странно, но впервые широкое применение свинец нашел там, где ныне он совершенно не употребляется. Ведь вся водопроводная система Древнего Рима тоже была сделана из свинца и система эта была весьма разветвленной. По свидетельству древнеримского инженера и архитектора Витрувия (1 в. до н.э.), точек индивидуального потребления воды в Древнем Риме было более 13,5 тыс. Свинец по распространенности в земной коре занимает среди других элементов лишь 35-е место (1,6∙10-3 % по массе). Самородный свинец находят крайне редко. Чаще всего элемент встречается в виде сульфида PbS. Этот хрупкий блестящий минерал серого цвета называют галенитом, или свинцовым блеском. Галенит в месторождениях обычно сопровождается другими минералами свинца – они образуются при взаимодействии галенита с кислородом воздуха и диоксидом углерода. Это англезит PbSO4 (свинцовый купорос) и церуссит PxbCO3 (белая свинцовая руда). Галенит часто встречается совместно со сфалеритом ZnS, халькопиритом CuFeS2, аргентитом Ag2S и другими минералами образуя полиметаллические руды. Крупные месторождения свинца находятся в Австралии, США, ФРГ, Канаде, Мексике и других странах. У нас в России залежи руд свинца имеются в Восточной Сибири, Северной Осетии и на Алтае. Следы свинца как конечного продукта радиоактивного распада всегда содержатся в минералах урана и Тория. 22 Свинец занимает видное место в промышленности. В настоящее время можно перечислить очень много областей применения свинца: производство аккумуляторов, освинцовка внутренней поверхности химической аппаратуры, трубы для перекачки кислот, военная техника, производство электрических кабелей, свинцового стекла-хрусталя , глазурей- все это требует много чистого свинца. Повышенным спросом пользуется свинец в атомной энергетике, ввиду того что он лучше других материалов способен поглощать гамма-лучи. Zn- химический элемент 2 группы п.с.э, атомный номер 30. ЦИНК Цинк имел промышленное значение в весьма отдаленные времена – с тех пор как была открыта латунь, в которой цинк присутствует в славе с медью. Промышленное производство металлического цинка началось лищь в 18 веке в Англии, а затем в верхней Силезии . Бурное развитие металлургии цинка относится к19 и началу 20 столетий. В России цинк впервые получен на Северном Кавказе, где с 1839 г. разрабатывается Садонское месторождение свинцово-цинковых руд. В1859 году на базе этого месторождения был построен Алагирский свинцовый завод, на котором выплавляли свинец и серебро, при этом цинковые руды отсортировывали и направляли в отвал. Переработка цинковых руд началась в 1901 г. на металлургическом и химическом заводе в г. Владикавказе. Первые три года обожженные цинковые концентраты экспортировали в Бельгию. В 1904 году на этом заводе впервые в стране получен металлический цинк. В дальнейшем в1934 г.был построен «Электроцинк» во Владикавказе, в Челябинске, Усть-Каменогорске, Константиновке. Способы получения цинка разделяются на две главные группы: пирометаллургические и гидрометаллургические. 23 До 1915 года применялся исключительно пирометаллургический способ , основанный на дистилляции цинка из обожженного концентрата в смеси с восстановителем и конденсации паров металла. После 1915 года быстро распространился гидрометаллургический способ ,сущность которого заключается в выщелачивании обожженного концентрата слабым раствором серной кислоты и электролитическом осаждении металла из сульфитного раствора. В СССР строились только гидрометаллургические предприятия Земная кора содержит 8,3∙10-3 цинка по массе. Это 23 место среди других элементов. Цинк встречается в земной коре в виде соединений с другими элементами. Известно распространены более сернистые 60 и цинковых кислородные минералов, соединения наиболее цинка. Важнейший минерал цинка- Сфалерит (или цинковая обманка). ZnSвходит в состав многих сульфидных руд. При постепенном окислении сульфида в природе образовались цинкит ZnO, смитоснит ZnCO3 и другие. Минералы: ганит ZnO∙AlO3 ,гидроцинкит Zn5(CO3)2(OH)6, вилленит Zn2 SiO4, франклинит (Zn,Mn)Fe2O4 и другие встречаются редко и в небольших количествах. Цинковым минералам в рудах сопутствуют: кадмий, кобальт, таллий, индий, ртуть и другие редкие металлы и рассеянные элементы. Собственно кадмиевые руды неизвестны и кадмий извлекается в основном попутно с цинком. Кадмий содержится в цинковых рудах в виде сульфида CdS или карбоната CdCO3, находящихся изоморфной смеси ZnS или ZnCO3. Содержание кадмия в цинковой обманке колеблется от сотых долей до целых процентов. Понятие «цинковые руды» - довольно условное. В той или иной степени цинковые руды за редким исключением содержат соединения 24 свинца, меди, кадмия и других металлов. являясь поэтому полуметаллическим комплексным сырье. Полиметаллические сульфидные цинковые руды можно в свою очередь разделить на свинцово – цинковые .медно-цинковые и свинцово – медно – цинковые. К типу свинцово-цинковых относятся месторождения Северного Кавказа ,а также Салаирское и Сихоте – Алинское. Медно-цинковые руды наиболее ярко представлены месторождениями Урала. Большинство руд Алтая являются свинцово – медно - цинковыми. К дополнительным источникам сырья для получения цинка можно отнести различные полупродукты свинцового и медного производств. Крупнейшим сырьевым резервом являются шлаки свинцовой и медной плавки, в которых содержание цинка нередко достигает 12-15%. ОЛОВО Sn-химический элемент 4 группы п.с.э., атомный номер 50. Олово принадлежит к металлам, давно известным человечеству. Более чем за 4000 лет до н.э умели изготовлять сплавы олова –с медью – бронзы. Легкость выплавки олова из его руд была установлена еще древними египтянами. Знакомо олово было финикийцам, карфагенянам, которые изготовляли из него водопроводные трубы. Происхождение названия этого элемента окончательно не установлено. По распространенности в земной коре олово стоит лишь на 47месте (2,5∙10-4 % по массе). В самородном состоянии металл в заметных количествах не встречается и олово находят главным образом в виде минерала касситерита SnO2 (оловянного камня). Второй по значимости минерал – станин (оловянный колчедан) Cu2FeSnS4. Оба минерала встречаются в коренных рудах, а касситерит- также в россыпях, где он концентрируется благодаря высокой плотности. Касситерит образует кристаллы разной крупности (обычно мелкие, 25 изредка более 10 см),окрашенные примесями (оксиды Fe, Nb, Ta, Mn) в желтый или буро-черный цвет. Станин –минерал серо-стального цвета с зеленоватым оттенком, обычно наблюдается в виде неправильных зерен и зернистых масс . В России месторождения олова находятся в Восточной Сибири (Читинский район и др.) , на дальнем востоке (Колыма, Чукотка), а также в Якутии. В зарубежных странах крупные месторождения олова известны в Китайской Народной, в Малайе, Индонезии, Тайланде, Конго, Нигерии, Боливии и др. Около 40% выплавляемого олова, расходуется на производство белой жести для консервной промышленности. Олово применяют для пайки, сужения, а также изготовления припоев, бронз, типографических, подшипниковых и других сплавов. Около 7%металла расходуется в виде химических соединений. РТУТЬ Hg- химический элемент 2 группы п. с .э. атомный номер 80. Жидкий металл серебристого цвета. Самородная ртуть была известна древним индийцам и китайцам, которые за тысячи лет до н. э знали ее свойство растворять золото и серебро. Древние Римляне добывали киноварь (минерал HgS) в горах Испании (Альмаден) из месторождения, не потерявшего промышленного значения и по сей день. Киноварь использовалась как краска, лекарство и косметическое средство. Древнегреческий врач и натуралист Диоскорид (1 в. н.э) описывает получение ртути нагреванием киновари на железной сковородке, помещенной в глиняный горшок покрытый крышкой. По реакции: HgS + Fe = FeS + Hg Получались пары ртути, которые, сгущались на холодной крышке в серебристую жидкость. Издавна было замечено, что ртуть способна растворять, многие металлы (этот процесс называют амальгамацией). С помощью амальгамации еще в Древнем Риме извлекали из руд золото. 26 Алхимики называли ртуть «Меркурием»- по наиболее подвижной планете, носящей имя Меркурия , крылатого вестника богов в античной мифологии. Средневековые алхимики считали ртуть, серу и соль тремя «первоначалами». Они верили, что ртуть можно превратить в золото. Земная кора содержит всего 8,3∙10-6 % ртути (по массе). Ртуть рассеянный металл. В месторождениях ртути сконцентрировано лишь 0,02 % от всех известных ее запасов в земной коре. Иногда встречается самородная ртуть, причем чаще ее находят в виде сплавов (анальгам) с золотом, серебром и палладием. Основной рудный минерал ртути_ киноварь HgS.Наиболее крупные месторождения киновари в России находятся в Сибири. Кроме киновари существуют еще около 30 ртутных минералов, из которых можно выделить комплексный сульфид ртути и сурьмыливингстонит HgS ∙ 2Sb2S3. УРАН U- радиоактивный химический элемент, атомный номер 92, состоит из смеси трех изотопов, содержание которых резко различно: на долю самого тяжелого из них 238 U приходится 99,274 %, на долю 235 U (наиболее важного для атомной энергетики)- в 139 раз меньше, т.е. 0,072 % ; наконец, третий изотоп 234 U присутствует в исчезающее малых количествах (около 0,006 %). Все природные изотопы урана при радиоактивном распаде испускают α-частицы (ядра гелия 42Н). Дочерние ядра, образующиеся в результате распада U и 238 235 U, также радиоактивны; распадаясь они образуют новые радиоактивные дочерние ядра и т.д. Таким образом, 238 U и 235 U дают начало двум длинным цепочкам радиоактивных превращений- так называемым радиоактивным являются рядам урана-238 и урана-235. Членами этих рядов многие природные радиоактивные изотопы элементов расположенных в п.с.э. между свинцом и ураном (например, изотопы Ra, 222Rn и 210Po. Входящие в ряд уран-238, и изотопы 231Pa,227Ac и 223Fr, 226 27 входящие в ряд уран-235. Конечными продуктами превращений ядер 238 U и 235U являются Рв и Не (α-частицы). Образующий свинец полностью сохраняется в массе уранового минерала. А так как скорость накопления Рв известна (ее легко рассчитать, зная величины Т1/2 (период полураспада) изотопов 238U и 235U, можно. Определив содержание свинца и урана в исследуемом минерале, найти возраст минерала. Среди методов, применяемых, для определения возраста различных геологических объектов, этот один из самых точных и надежных. После открытия секретов получения ядерной энергии уран по своему значению для человечества занял совершенно исключительное место среди других элементов. Важное значение урана заставило тщательно определить его запасы на земле. Оказалось, что уран- довольно редкий элемент. На его долю приходится 2,5 ∙ 10-4 % массы земной коры; однако это намного больше, чем содержание таких «обычных» элементов, ртуть и серебро. Промышленную добычу урана осложняет его сильная рассеянность. Где он только не присутствует- и в горных породах, и в почвах, и в морской воде.и в человеческом организме. Минералы же, богаты ураном, встречаются редко. К важным минералам урана относятся: уранинит (или урановая смолка) UO2, торбернит Cu(UO2)2 [PO4]2 ∙ 12H2O, метаторбернит Cu[UO2]2 [PO4]2 ∙ 8H2O, карнотит K2[UO2]2 [VO4]2 ∙ 3H2O, тюямунит Ca[UO2]2 [VO4]2 ∙ 8H2O, монацит (Ce, La…) PO4 ThO2 и U, отэнит Ca[UO2]2 [PO4]2 ∙ 8H2O За рубежом наиболее крупные месторождения урана находятся в Северной Америке (Канада, США), Африке (Заир, ЮАР) и Австралии. ЗОЛОТО Au- химический элемент 1 группы п.с.э. атомный номер 79; относится к благородным металлам. 28 Пятьдесят тысяч тонн этого металла добыто за всю историю человечества. В среднем 10 тонн на каждый год написанной истории. Не так уж много! Но какими путями и способами добывалось золото? Во имя обладания золотом велись войны, порабощались государства, сын убивал отца, братья уничтожали сестер, дети – своих матерей. Гибли целые народы, превращались в пустыни плодородные края, потоками лилась кровь и целыми реками – слезы и пот. Сколько людей погибло за золото и сколько гибнет! В куплетах Мефистофеля бессмертного Гёте звучит правда о золоте: «Люди гибнут за металл». Из пятидесяти тысяч тонны золота больше половины лежит в бетонированных подземельях, охраняется пулеметами, автоматической сигнализацией. Над фортом НОКС, где хранятся основные золотые запасы США, даже патрулируют самолеты. Пятьдесят тысяч тонн! Много ли это? Нет! В сравнении с количеством золота, заключенном в земной коре, это ничтожно мало. Содержание золота в земной коре 4,3 ∙ 10-7 % по массе, в воде морей и океанов менее 5 ∙ 10-6 мг/л. Относится к рассеянным металлам. Известно более 20 минералов, из которых главный_ самородное золото, содержащее серебро (от следов до 43 %), медь реже платиновые металлы и др. Встречается золото и в виде химических соединений, важнейшими из них являются: калаверит AuTe2, сильванит AuAgTe4, петцит (AuAg)2 Te и др. Часто золото является спутником медных и полиметаллических руд. Промышленными считаются руды, содержащие 2-8 г. металлического золота (и выше) на 1 т. руды В России месторождения золотых руд находятся в Восточной и Западной Сибири и на Урале. Крупнейшие в мире самородки были найдены в Австралии (от 85,5 до 111,6 кг) Исключительное значение имеют сплавы золота. Ведь чистое золото мягкое, прочность его невелика. Оно легко истирается; монета из 29 чистого золота при обращении теряет каждое столетие пятую часть своего веса. Добавка меди в золото делает его более твердым и упругим. В ювелирной промышленности применяют сплавы золота с серебром и медью. На золотых изделиях ставится «проба». Проба 583 указывает, что сплав содержит 58,3% золота, или 583 г. в 1000 г.сплава (остальное медь). Существуют и другие пробы (375,750,916). Среди соединений золота наиболее важна золотохлористоводородная кислота HАuCL4 ∙ 3H2O. Она входит в состав электролита ванн для гальванического золочения, применяются для окраски стекла и фарфора. СЕРЕБРО Ag- химический элемент 1 группы п.с.э., атомный номер 47. Серебро встречается на Земле в свободном виде, а потому стало известно человеку еще доисторическое время, очевидно вскоре после золота и меди. По распространенности в земной коре (7 ∙ 10 -6 % по массе). Серебро занимает всего лишь 67-е место среди других элементов; однако в 20 раз превосходит золото. Встречается серебро в виде самородков с примесью золота, ртути и сурьмы; известны серебряные самородки весом до 13,5 тонн. Из минералов серебра наиболее важны серебряный блеск Ag2S и роговое серебро AgCl. Однако и самородное серебро, и его собственные минералы редки. Основная масса серебра извлекается в качестве побочного продукта при добывании других металлов, главным образом свинца и меди. Крупнейшие месторождения серебряных руд находятся в Мексике и США. В России богатые месторождения серебра встречаются в Сибири, на Дальнем Востоке. Химическая стойкость серебра позволяет изготовить из него специальное химическое оборудование и аппаратуру для пищевой промышленности. Значительное количество серебра идет на покрытие радиодеталей ответственного назначения, на серебрение проводов в 30 высокочастотной радиотехнике, стекла и керамики в электронной аппаратуре. Благодаря хорошей способности отражать свет серебро издавна применялось для изготовления зеркал, а позже - отражателей прожекторов и телескопов. Однако зеркало из серебра легко чернеет от присутствия следов H2S в воздухе; в последнее время для этих целей серебро заменяют алюминием Немалое количество идет на производство серебряно – цинковых аккумуляторов, мощность которых на единицу массы и объема является наивысшей среди всех известных аккумуляторов. Нитрат AgNo3 – исходное вещество для полусения других соединений серебра. В лаборатории аналитика AgNo3 служит реактивом на галогенид – ионы, в заводском цехе идет на приготовление электролита для гальванического серебрения. А без труднорастворимых галогенидов серебра невозможно себе представить существование всей современной фото – и кинопромышленности. Шире, чем само серебро, применяют его сплавы с другими металлами. Из сплавов серебра с другими драгоценными металлами и медью изготовляют ювелирные и бытовые изделия, а в некоторых странах чеканят монеты. Эти сплавы, так же как и сплавы золота, стандартированы; наиболее распространенная проба серебра 875. В настоящее время потребность в серебре намного превышает его общую мировую добычу. НИОБИЙ И ТАНТАЛ Прежде всего, почему эти элементы так называются? Тантал в греческой мифологии – любимый сын Зевса. Будучи на правах любимца Зевса допущенным к трапезам богов, Тантал возгордился этим и, пригласив богов к себе на пир, подал им в виде угощения мясо собственного сыны Пелона, желая проверить их всевидение. За это преступление Тантал был наказан голодом и жаждой. Он был «заточен» в 31 пруд, где стоял по горло в воде, под деревом, ветви которого свисали и гнулись под тяжестью спелых плодов. Всякий раз когда Тантал томимый жаждой, открывал рот, чтобы напиться, - вода утекала от него; когда, мучимый голодом, он поднимал руку, чтобы сорвать плод – ветка с плодами уклонялась в сторону. Так древний миф описывал «Танталовы муки». Такие же муки перенесли химики, изучившие свойства тантала, и особенно те ученые, которые пытались выделить тантал в чистом виде. Что касается названия ниобий? Ниобея – дочь Тантала, потеряв свое многочисленное потомство, от душевной боли и потрясения оцепенела и превратилась в камень, источавший слезы. Так утверждает греческая мифология. По имени этой безупречной матери, оплакивающей смерть своих детей, или камня, источавшего воду, был назван химический элемент ниобий, открытый в 1801 году английским химиком Гетченом и впервые названный им в Колумбии, найденный в минерале колумбий. Но когда вскоре (1801 г. ) был открыт тантал, по своим свойствам очень близкий к колумбию, эти два элемента стали считались за один. Индивидуальность колумбия была доказана лишь в 1844 г., когда он был вновь открыт немецким химиком Г.Розе и назван «ниобием». Таким образом Генрих Розе показал. Что ниобий и тантал – два элемента близнеца с чрезвычайно похожими химическими свойствами. Эти два элемента относятся к редким элементам. Среднее содержание Nb в земной коре 2 ∙ 10-3 % по массе, Та -2,5 ∙ 10-4 %, т.е. в 8 раз меньше, чем ниобия. Вследствие близости физических и химических свойств элементы Nb и Ta обычно встречаются вместе, образуя смешанные минералы. Наиболее распространены и важны для промышленности колумбиты и танталиты с общей формулой (Fe, Mn) (Nb, Ta)2 O3, лопарит (Ca, Ce,Na) (Ta, Nb) O3. 32 Помимо собственных минералов, ниобий и тантал находятся также в виде примеси в минералах титана, циркония, олова, вольфрама и др. минералов, содержащих ниобий и тантал, насчитывается более 130; из них 80 собственно ниобиевые и танталовые. Остальные же содержат эти элементы в виде примеси. СЕЛЕН И ТЕЛЛУР Se и Te – химические элементы 6 группы п.с.э., атомные номера 34 и 52 соответственно. В обычных условиях селен серое, а теллур серебристо – белое кристаллические вещества. Впервые селен был обнаружен шведским химиком Я. Берцелиусом (1817 г. )в отходах сернокислотного производства. Это было время, когда астрономы открыли планету Уран и несколько так называемых малых планет, в том числе Цереру и Палладу. Поэтому в названиях открытых в те годы химических элементов – уран, церий, палладий - явно чувствуется «небесное», астрономическое влияние (хотя в основе названий и упомянутых элементов и небесных тел лежат имена мифологических героев). По аналогии с открытым ранее теллуром (1782 г. венгерский исследователь Ф. Мюллер), название которого связано с нашей планетой, Берцелиус дал новому элементу имя «селен» (от греческого «селене» - луна) в честь вечной спутницы Земли. Селен и теллур относятся к числу рассеянных в природе элементов. Будучи аналогом и постоянным спутником серы, они почти не образуют собственных минералов, а входят в небольшом количестве или встречаются как примесь к самородной сере вулканического происхождения. Содержание селена в земной коре оценивается в 5 ∙ 10 -6 %, а теллур 1 ∙ 10-7 %по массе. К числу минералов селена ит теллура относятся, например, блокит NiSe2 - (известен только в одном месторождении мира в Боливии) , многочисленные теллуриды – калаверит AuTe2, алтаит PbTe и др. 33 Основным источником получения селена и теллура служат анодные шламы межэлектролитных заводов и шламы сернокислотных заводов. Селен применяется в электротехнике при изготовлении выпрямителей, фотоэлементов, радиолокационных, телевизионных и радиоустановок. Теллур применяется в производстве нержавеющей стали, сплавов со свинцом, медью, бронзами и баббитами для улучшения их механических свойств. Широко применяется теллур и в резиновой промышленности. В стекольной промышленности теллур используется для изготовления синих и коричневых стекол. Теллур представляет технический интерес и как полупроводник. Главными производителями селена и теллура являются США и Канада. ТИТАН Ti- химический элемент 4 группы п.с.э. , атомный номер 22. Титан был открыт почти одновременно и независимо друг от друга английским ученым У. Грегором (1789 г.) и немецким М. Клапортом (1795 – 97 гг.). Клапорт назвал новый элемент титаном. В древнегреческой мифологии титанами назывались бессмертные дети Геи (богини Земли) и Урана (бога Неба), исполины, великаны, вступившие в последствие в борьбу с Зевсом (верховным божеством) за обладание небом. Значительно позднее титанами стали называть людей – носителей мощного духа, ума, таланта, борцов за правду. Возвышенные идеалы и свободу. По распространенности в земной коре титан занимает среди элементов 9- е место (4,5 минералогических 10-1 % по массе). Когда в одном из музеев произвели анализ 1000 минералов, то оказалось, что 800 из них содержит титан. Правда, в большинстве минералов титан находится в очень небольших количествах. Но имеются и весьма богатые им руды и минералы – таковы Рутил TiO2, ильменит 34 FeTiO3 и др. По запасам титановых руд Россия стоит на одном из первых мест в мире. Не случайно ильменит получил свое название от Ильменских гор, находящихся на Урале. Титан – современный и самый молодой металл. Он – один из важнейших материалов новой техники, и его значение продолжает расти. В 1947 г. было получено только 2 тонны технического титана, в 1954 г. – 5000 т., а в 1960 г. мировое производство титана уже достигло массы порядка 1000000 т. Таких ткмпов роста не знал даже алюминий. Быстрый рост производства титана обусловлен его высокими физико – химическими и механическими качествами. Наиболее широко сам металл и его сплавы используются в самолето и ракетостроении. Сочетание высокой прочности и легкости с химической стойкостью делает их незаменимыми для современной летной техники. Из титановых сплавов изготовляют корпуса морских судов. Подводных лодок. В химической промышленности титановые трубопроводы, насосы, реакторы. Вентиляторы работают в самых агрессивных средах, значительно превосходя по стойкости другие металлические материалы. Широкое применение находят и многие соединения титана. ЦИРКОНИЙ И ГАФНИЙ Zr и Hf – химические элементы 4 группы п.с.э. , атомные номера 40 и 72 соответственно. По содержанию в земной коре 1,7 ∙ 10-2 % и 1 ∙ 10-4 % по массе, т.е. содержание гафния в земной коре почти 150 раз ниже, чем циркония на сегоднящний день список циркониевых минералов насчитывает 50 минеральных видов, в основном силикатов в меньшей степени оксидов циркония. Из них основной рудообразующий циркониевый минерал циркон ZrSiO4. содержащий 49,5 % Zr. Меньшее промышленное значение имеет бадделеит ZrO2. 35 Месторождения третьего минерала – эвдиалита, несмотря на громадные запасы, представляют для циркониевой промышленности лишь потенциальный интерес. Поскольку содержание циркония в эвдиалите в 5-7 раз ниже, чем в двух остальных минералах. В настоящее время разрабатываются россыпные месторождения, образованию которых способствовали высокая плотность, большая твердость, отсутствие спайкости и химическая устойчивость минералов. Циркониевым минералам сопутствуют магнетит, ильменит , рутил, моноцит и др. Гафний, являясь близнецом циркония. Не образует самостоятельных минералов, но в виде изоморфной примеси всегда сопутствует цирконию. Так, содержание диоксида гафния в цирконии колеблется в интервале 0,6 – 8 %; в бадделеите 0,1 – 3,5 %; в эвдиалите 0,1 – 1 %. Очевидно, что производство гафния может быть организовано лишь при комплексном использовании цирконие – гафниевых руд. Цирконий и его сплавы применяются в различных областях народного хозяйства. Из них изготовляют камеры сгорания и сопла реактивных двигателей, аппараты и трубопроводы для агрессивных жидкостей в химических производствах. В виде легирующих добавок цирконий значительно улучшает свойства многих металлов и сплавов. Так легированная им сталь становится материалом для броневых плит а кислотоупорность титана в присутствии циркония увеличивается в 70 раз. Многие соединения циркония имеют сверхвысокие температуры плавления – таковы карбид ZrC (t нитрид ZrN (2980°С). пл. 3530° С) ,борид ZrB2 (3000° C), Огнеупорная керамикаэтих материалов выдерживает огромные тепловые нагрузки. Но, пожалуй, самая важная, уникальная способность циркония состоит в том, что он очень мало поглощает нейтроны. Благодаря этому цирконий служит материалом для всевозможных конструкций и деталей ядерных реакторов. Но, как 36 нарочно, его химический близнец, гафний, наоборот, поглощает нейтроны настолько сильно, что даже с небольшой примесью гафния тормозит ядерные реакции и его нельзя употреблять в атомной энергетике. На атомных электростанциях применяются оба металла. Цирконий служит конструкционным материалом для самих реакторов. А гафний входит в состав регулирующих стержней, замедляющих или останавливающих реакцию. И поскольку назначения обоих металлов прямо противоположны, задача их разделения приобретает особую остроту. ГЕРМАНИЙ Ge- химический элемент 4 группы п.с.э., атомный1 номер 32. В 1870 г. Д.И. Менделеев на основе своего периодического закона предсказал существование и свойства экасилиция- еще неизвестного аналога кремния. А в 1886 г. немецкий химик К. Винклер, делая анализ минерала аргиродита, выделил из него металл, который оказался совершенно тождественным экасилицию Менделеева. В честь своей Родины Винклер назвал новый элемент германием и в последствии писал: «Вряд ли может существовать более яркое доказательство справедливости учения в периодичности элементов». Содержание германия в земной коре составляет 1,4 ∙ 10-4 % по массе и по распространенности в природе он занимает 53- е место. Германий относится к рассеянным элементам. Собственных минералов у него немного, рассмотрим их. Аргиродит, сульфид серебра и германия 4Ag2S ∙ GeS2, из которого германий был выделен впервые, содержит 5-7% германия; обнаружен лишь в небольших количествах. Канфильдит- Сульфид серебра, олова и германия 4Ag2S ∙ (Ge, Sn) S2, аналог аргиродита, содержит примерно до 2 % германия. 37 Энаргит- сульфид меди и мышьяка Cu3AsS4, содержит до 0,09 % германия. Ультрабазит Pb28Ag22Sb4Ge3S51 – сложный сульфид серебра, свинца, сурьмы и германия; содержит 2,2 % германия. Штоттит- гидрат германия и железа FeH2(GeO4)2H2O, он самый богатый германием минерал, содержащий до 30% германия. Реньрит- также сложный сульфид меди, железа, германия (мышьяка), (Cu,Fe)3 (Fe,Ge,Zn,Sn) (S,As)4. Содержание германия в чистых кристаллах этого минерала составляет около 7 %. Германит- сложный сульфид меди (цинка, мышьяка) и германия Cu3(FeGe) S4. Состав этого минерала, вследствие чего он обозначается также другими эмпирическими формулами: 6CuS∙∙ GeS2 и 3Cu2S ∙ FeS ∙ 2GeS2. Чистый германит содержит 10 % германия, тогда как его среднее содержание в руде составляет только 3-4 %. Из перечисленных минералов германия практическое значение имеют германит и реньерит. Остальные минералы встречаются редко и, как указывалось, в незначительных количествах. Большой интерес представляет накопление германия в углях. Содержание германия в углях различных типов колеблется от 0,001 до 0,01%. Поскольку германий - элемент-попутчик, промышленное получение германиевых концентратов развивается как побочная отрасль отдельных основных крупных производств при комплексном использовании различного вида полезных ископаемых. Мировое производство германия базируется на использовании различных сырьевых источников, главным образом цинковых руд, медносвинцово- цинковых руд, в которых находятся собственные минералы германия (германит, реньерит), и углей. 38 ХРОМ Cr- химический элемент 6 группы п.с.э., элемент, атомный номер 24. Хром открыт в 1797 г. французским ученым Л.Вокленом. Этот период в истории химии знаменовался бурным развитием химикоаналитическим исследованием минералов. А красная свинцовая руда ( минерал крокоит PbCrO4 ), найденная в Сибири, привлекла особенное внимание необыкновенной прозрачностью и чудесным красным цветом. Действуя на порошок крокоита поташом, Воклен выделил соль желтого цвета (хромат калия). PbCrO4+K2CO3=K2CrО4+PbCO3 При нагревании K2CrО4 с соляной кислотой он получил зеленый раствор CrCl3. Дальнейшие опыты привели Воклена к оксиду Cr2O3, из которого путем сильного нагревания с углем он выделил свободный металл, неизвестный ранее. По предложению французских ученых, новый элемент вследствие разнообразия окраски его соединений был назван хромом (от греч. «хрома» -краска, цвет). Независимо от Воклена в 1798.г. хром был открыт в том же минерале немецким химиком М.Г. Клапротом. Содержание хрома в земной коре 8,3 ∙ 10-3 % по массе, по распространенности среди элементов он занимает 22-е место (на 21-м ванадий, на 23 цинк). Из минералов хрома наибольшее значение имеет буровато- черный хромит (хромистый железняк) FeO ∙ Cr2O3. Окраска многих минералов обусловлена присутствием в них хрома. Так, например, золотисто- зеленый тон драгоценному изумруду разновидность минерала берилла) или красный- рубину (разновидность минерала корунда Al2O3) придает примесь оксида Cr2O3. Крупные производители хрома – Турция, Филиппины, ЮжноАфриканский союз и Южная Родезия. В металлургии хром применяется для производства многих видов качественных сталей: жаростойких, нержавеющих, магнитных; он используется в виде феррохрома – сплава железа с 60-65 % Cr. 39 Хром используют в больших количествах для электропокрытий – хромирования металлических деталей, чтобы придать им твердость, химическую и термическую стойкость и красивый вид. Хром – важная составляющая некоторых сплавов с цветными металлами; важнейшие из них - жаропрочные сплавы с никелем. Оксид хрома применяют как катализатор при синтезе в органической химии. Соли хрома - в кожевенной промышленности. Важнейшие месторождения хромитовых руд в России – Урал. АЛЮМИНИЙ Al- химический элемент 3 группы п.с.э. , атомный номер 13. Соединения алюминия были известны с древнейших времен. Так, уже в 5 в. до н.э. в Египте добывались квасцы- сульфат алюминия и калия Kal(SO4)2 ∙ 12 H2O, которые применяли как вяжущее и дубящее средство. Древние римляне обозначили квасцы словом alumen, откуда и произошло название «алюминий». Металл был получен в 1825 г. датским физиком Г.Х. Эрстедом. Действуя амальгамой калия калия на хлорид AlCl3, он приготовил амальгаму алюминия; после отгонки ртути остался алюминий в виде серого порошка. В 1886 г., почти одновременно и независимо друг от друга, Ч.М. Холл в США и П.Э. Эру в Франции открыли способ выплавки алюминия электролизом криолито – глиноземных расплавов. Производство алюминия электролизом смогло стать реальностью только после изобретения динамомашины (так называли тогда генератор постоянного тока) и внедрения ее в промышленность. Хотя с течением времени способы получения алюминия совершенствовались, стоимость его все была высокой. Он только в 2,5 раза был дешевле золота и по-прежнему играл роль ювелирного металла. В 1889 г. во время пребывания в Лондоне великого русского химика Д.И 40 Менделеева, ему, в знак признания заслуг в развитии химии были преподнесены, в качестве особого ценного подарка, весы, сделанные из золота и алюминия. Так как электролитический способ получения алюминия требовал большого количества энергии (на 1 тонну алюминия – 20000 киловаттчасов), он мог найти распространение в местах где, находились дешевые источники электрического тока. Таким источником являлась энергия воды горных рек. Вот почему в Европе первый завод электролитического алюминия был построен близ Рейнского водопада в Нейгаузене (Швейцария). С этого момента слава алюминия как драгоценного металла меркнет. Он перестает быть предметом внимания капризной моды. И благодаря ценным свойствам – легкости, хорошей ковкости, прокатываться в листы, вытягиваться в проволоку, хорошо заполнять форму при отливке, стойкости к воздуху, воде и разбавленным органическим кислотам – начинает применяться в технике. Таким образом, алюминий становится одним из наиболее молодых промышленных металлов. К середине 20 в. он по производству и использованию занял второе место (после железа). Рост производства алюминия опережает рост производства железа, меди, свинца, цинка. Основные производители алюминия в мире без России – США, Канада, Франция, Германия, Норвегия, Япония, Италия. В России 1932г. Волховский алюминиевый комбинат дал первый промышленный алюминий. В настоящее время наша алюминиевая промышленность, начала, как принято говорить, «с нуля», заняла одно из первых мест в мире и полностью обеспечивает не только потребность страны в этом металле, но и импортирует. Земная кора содержит 8,05 % алюминия по массе. По распространению в природе он занимает третье место среди всех 41 элементов (после O и Si) и первое среди металлов. Вследствие своей высокой химической активности алюминий встречается только в виде соединений. Известны сотни содержащих алюминий минералов. Из них наиболее распространены алюмосиликаты- составная часть изверженных горных пород – гранита, базальта, порфира, сиенита и др. Из алюмосиликатов назовем хотя бы полевые шпаты: калиевый (ортоклаз) K[AlSi3O8], натриевый (альбит) Na[AlSiO8], кальциевый (анортит) Ca[Al2Si2O8]/При их разрушении под действием воды и атмосферы образуется каолин- главная составная часть глин. С процессами выветривания горных пород, содержащих алюмосиликаты, связано также образование бокситов. Они состоят из смеси гидроксидов алюминия Al(OH)3 и AlO(OH), оксида железа Fe2O3 и примесей (SiO2, TiO2 и др.). Бокситы – главное сырье для производства алюминия. Их крупные месторождения находятся на Урале, в Сибири. В СССР были разработаны и методы получения алюминия из новых видов сырья: алунита (квасцового камня) примерного состава KАl3[SO4]2(OH)6 и в особенности нефелина Na[AlSiO4]. Большие залежи этого минерала были обнаружены в 1920-х годах на Кольском полуострове. РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ Название «редкоземельные элементы» (в литературе встречаются сокращенные обозначения «РЗМ» и «РЗЭ» дано в связи с тем что, что эти элементы встречаются в природе сравнительно редко и дают тугоплавкие нерастворимые в воде оксиды – по старинной терминологии «земли». В периодической системе Менделеева РЗМ расположены в подгруппе В 3 группы. Характерная особенность РЗМ – их совместное присутствие и близость и химических свойств. К РЗМ относятся: скандий Sc (атомный номер Z =21), иттрий Y (Z =39), лантан (Z =57) и лантаноиды (Z от 58 до 71). 42 Первым среди РЗМ был открытый иттрий; в 1794 г. финский химик Ю. Гадолин выделил из минерала иттербита «иттриевую землю» (минерал позднее переименовали в гадолинит). Последующие исследования, тянувшиеся почти столетие, показали, что «иттриевая земля» содержит наряду с оксидом иттрия примеси других редких земель. Шведский химик Л.Ф. Нильсон в 1879 г. при разделении «иттриевой землм» обнаружил новый элемент – скандий. Это открытие имело особенно важные значения для всеобщего признания периодического закона Д.И. Менделеева. Дело в том, что Менделеев, основываясь на своей периодической системе, в 1870-71 гг. подробно предсказал свойства некоторых тогда еще не открытых элементов и среди них – «экабора», который должен был занять одну из пустых клеток в 3 группе системы. Именно этот элемент был открыт Нельсоном и получил название скандия. И почти все его свойства, предсказанные Д.И. Менделеевым, подтвердились. А это во многом способствовало утверждению самого закона. Значительно раньше, чем скандий, был открыт лаптан (1841 г.) РЗЭ чрезвычайно рассеяны в земной коре. Но сейчас уже вряд ли следует относить их к мало распространенным. Так, иттрий и лантан занимают по распространенности 28-е и 29-е место. Скандия – меньше (38-е место). Но и его почти в 10 раз больше, чем молибдена. И в 20 раз больше, чем сурьмы. В природе РЗЭ обычно встречается вместе, в одних и тех же минерала. Среди них важное значение имеет монацит – смесь фосфатов РЗЭ, тория и других элементов. Sc и Y образуют и самостоятельные минералы, однако они очень редки. Среди иттриевых минералов важно отметить ксенотим YPO4 и обнаруженный советскими геологами в 1961 г. минерал, состоящий из фторидов натрия, кальция и иттрия и названный гагаринитом в честь первого космонавта Ю.А. Гагарина. Из скандиевых минералов наиболее богат Sc тортвейтит Sc2Si2O7 ,встречающийся в 43 Норвегии и на Мадагаскаре. Этот минерал очень редок; так, в норвежских рудниках за 109 лет было добыто всего 50 кг. Несколько слов о применении этих минералов. Sc применяют в новейшей технике. Он идет на производство скандиевого феррита, из которого изготовляют элементы памяти электронно-вычислительных машин. Очень чистый оксид иттрия Y2O3 используется, как и оксид скандия, при изготовлении ферритовых элементов в технике сверхвысоких частот. А кроме того, на основе Y2O готовят вещества., входящие в состав светящихся экранов цветных телевизоров, планшетов, телефонов. В современной технике широко используется оксид лантана La2O3. Если это вещество добавить к смеси, из котррой варят оптическое стекло. То качество фото - и кинообъективов резко улучшится. Есть и другие области применения этого элемента. Так, в металлургии лантан вместе с церием и другими лантаноидами (их смесь часто называют «мишметаллом») служит присадками к стали, чугуну и сплавом цветных металлов. Мишметалл улучшает механические свойства, коррозионную устойчивость и жаропрочность сплавов. ЛАНТАНОИДЫ Лантаноиды (лантаниды) – семейство из 14 химических элементов с атомными номерами Z от 58 до 71. Эти элементы расположены в 6-м периоде п.с.э. за лантаном и относятся, как и лантан, к 3 группе. К лантаноидам принадлежат: церий Ce, празеодим Pr, неодим Nd, прометий Pm, самарий Sm, европий Eu, гадолиний Gd, гадолиний Gd, тербий Tb, диспрозий Dy, гольмий Ho, эрбий Er, тулий Tm, иттербий Yb и лютеций Lu. Все лантаноиды, кроме радиоактивного прометия, имеют стабильные изотопы и встречаются в природе. Вместе с лантаном, иттрием и скандием лантаноиды образуют группу редкоземельных элементов. 44 Термин «лантаноиды» а переводе с греческого означает «подобные лантану». Он отражает особую близость химических свойств элементов этого семейства и аналогию их с лантаном. В природе лантаноиды обычно встречаются практически в одних и тех же минералах. Поэтому открытие отдельных элементов лантаноидов стало возможным только после того, как химики научились разделять чрезвычайно близкие по свойствам элементы. Из того, что лантаноиды относят к редкоземельным элементам, может сложиться впечатление, будто их запасы ничтожны. Однако в земной коре не так уж мало даже самых малораспространенных лантаноидов – тулия, иттербия, лютеция. По крайней мере, каждого из этих элементов больше, чем такого обычного металла, как ртуть. Наиболее распространены церий и неодим. Доля церия в земной коре выше, чем доля меди, неодима же больше, чем свинца. Лантаноиды образуют около 70 минералов. А как примеся они встречаются почти в 200 других минералах. Тем не менее добыча лантаноидов очень трудна. Объясняется это прежде всего тем, что богатых месторождений, лантаноидов практически не существует; находятся лантаноиды обычно в сильно рассеянном состоянии. Одним из главных источников лантаноидов служит минерал моноцит – смесь фосфатов лантаноидов. Иттрия, торияи других элементов. Богатые месторождения моноцита имеются в Индии и Бразилии. Большие запасы лантаноидов найдены и в нашей стране. Применение различных лантаноидов лантаноидов (так очень разнообразно. называемый Так, «мишметалл» сплав обладает пирофорными свойствами: при трении с поверхности сплава летит сноп искр. Поэтому сплав «мишметалла» с железом идет на изготовление «кремней» для зажигалок. 45 Многие соли лантаноидов служат катализаторами различных химических реакций. Лантаноиды получили широкое применение в ядерных реакторах. Лантаноиды обладают необычными магнитными свойствами, они открыли в последние годы путь к созданию совершенно новых магнитных материалов. Радиотехника, электротехника, приборостроение и создание уникальных электронно – вычислительных машин с огромной емкостью «памяти» - эти традиционные и новейшие области техники, многие ученые и инженеры считают, что лантаноиды – это завтрашний день техники. РЕНИЙ Re- химический элемент 7 группы п.с.э., атомный номер 75. Рений принадлежит к редким и рассеянным элементам. Его содержание в земной коре ненамного превышает содержание радия и оценивается 7 ∙ 10-8 % по массе. Обычно рений встречается как примесь в минералах других элементов – сравнительно много его в молибдените MoS2 (до 1,88 %) и колумбите((Fe, Mn) (Nb, Ta)2 O6). Собственных же минералов рения пока найдены всего три. По внешнему виду рений напоминает платину. При описании его физических свойств можно везде использовать слова «один из самых». И действительно, это один из самых тяжелых металлов (по плотности 21,03 г/см0 уступает лишь платине, иридию и осмию), один из самых тугоплавких металлов (по температуре плавления 3180°С уступает лишь вольфраму). Спрос в промышленности на рений пока значительно превышает предложение. Связано это прежде всего с огромной трудностью получения рения. Свидетельство этому хотя бы то, что мировое производство рения составляет лишь несколько тонн. А трудности 46 получения, в свою очередь, обусловливаются малыми запасами и распыленностью природных соединений рения. От пера авторучки до ракеты – вот современный диапазон применения рения. Он используется везде где нужны высокие твердость и износоустойчивость, - при изготовлении компасов, точнейших весов и других приборов, ответственных деталей сверхзвуковых самолетов и ракет. Новая область применения рения – катализ. Металл оказался очень хорошим катализатором процессов окисления аммиака и метана, гидрирования этилена и спиртов. ПЛАТИНОВЫЕ МЕТАЛЛЫ К платиновым металлам относятся: рутений Ru, родий Rh, палладий Pd, осмий Os, иридий Ir, платина Pt все они принадлежат 8 группе п.с.э. Платиновые металлы относятся к наименее распространенным в природе элементам. Земная кора содержит (в % по массе) 5 ∙ 10 -7 Ru, 1 ∙ 10-7 Rh, 1,3 ∙ 10-6 Pd, 5 ∙ 10-6 Os, 1 ∙ 10-7 Ir, 5 ∙ 10-7 Pt. Вследствие своей ничтожной химической активности платиновые металлы чаще всего встречаются в самородном состоянии – обычно в виде сплавов, как между собой, так и другими металлами. В состав так называемой самородной платины входят, главным образом, минералы ферроплатина (77-81 % ,2014 % Fe) поликсен (80-92 % Pt, 10-6 % Fe), кроме того, эти минералы содержат прочие платиновые металлы, а также Cu и иногда Ni. Все эти металлы с платиной образуют с Pt твердые растворы. В них нередко наблюдаются включения осмистого иридия, последний встречается и как самостоятельный минерал. Кроме Ir и Os, он содержит, он содержит Pt, Ru, Rh, Cu, Fe. Остальные самородные платиновые металлы – аваит (около 77 % Ir, 20 % Pt), порперцит (8-24 % Pd ,75-90 % Au), родит (34-43 % Rh, 45 % Au) и другие очень редки. 47 Весьма редки и природные химические соединения, образуемые платиновыми металлами с серой и мышьяком. В небольших количествах они содержатся в сульфидных полиметаллических рудах (в частности, медно – никелевых). В самородном золоте обычно присутствуют незначительные примеси платиновых металлов (чаще всего Pt и Pd), находящиеся в виде твердых растворов. Стойкость к воздействию кислорода воздуха даже при высоких температурах, кислото- и жаропрочность делают платиновые металлы ценными материалами в технике. Платиновые металлы, а также их сплавы катализируют многие химические реакции. Так, в процессах гидрогенизации широко применяют Pd, а при получении азотной, серной и уксусной кислот – Pt. Сплавы Pt и Pd, которые не темнеют со временем и не имеют привкуса, применяют в зубоврачебной технике. На научные и промышленные цели идет около 90 % всех производимых в мире платиновых металлов, остальные 10 % поглощает ювелирное производство. Ведь ювелиры давно знают, как Pt и ее сплавы заставляют « играть» драгоценные камни, особенно алмазы. ЩЕЛОЧНЫЕ И ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ НАТРИЙ По распространенности на нашей планете натрий занимает шестое место среди всех элементов. Природные соединения натрия – это полевые шпаты и каменная соль, криолит и селитра, мирабилит и бура, нефелин и ультрамарин. В Ветхом завете упоминается некое вещество «нетер». Это вещество употреблялось, по современной терминологии, как моющее средство. Скорее всего нетер – это просто сода, углекислый натрий, который образовывался в соленых египетских озерах с известковыми берегами. Об этом же веществе, но под названием «нитрон» писали позже 48 греческие авторы Аристотель, Диоскорид, а древнеримский историк Плиний Старший, упоминая это же вещество, называл его уже «нитрум». (Как это часто бывает, в конце концов возникла путаница, и в XVI в. термином «нитрум» обозначали селитру – азотнокислый натрий.) У арабских алхимиков вместо «нитрум» употреблялся термин «натрон». От «натрона» и произошло современное название «натрий». В XVIII в. химикам было известно уже очень много различных соединений натрия. Соли натрия широко применялись в медицине, при выделке кож, при крашении тканей. И хотя о соединениях натрия знали очень много, сам элемент вплоть до XIX в. открыт не был. Слишком активен этот металл, чтобы его можно было выделить традиционными химическими методами. 19 ноября 1807 г. в Лондоне на заседании Королевского общества сэр Хэмфри Дэви объявил об открытии им новых элементов – натрия и калия. Выделить эти элементы удалось с помощью электрического тока. Единственным реально применимым источником электричества в то время был вольтов столб. Вольтов столб, которым пользовался Дэви, состоял из 250 пар медных и цинковых пластин. Д.И. Менделеев так описывает открытие Дэви: «Соединяя с положительным (от меди или угля) полюсом кусок влажного (чтобы достичь гальванопроводности) едкого натра и выдолбив в нем углубление, в которое налита была ртуть, соединенная с отрицательным полюсом (катодом) сильного вольтова столба, Дэви заметил, что в ртути растворяется, при пропускании тока, особый металл, менее летучий, чем ртуть, и способный разлагать воду, вновь образуя едкий натр». Дэви первым изучил свойства натрия и калия, он отметил легкую окисляемость щелочных металлов, указал, что пары натрия воспламеняются на воздухе. Через год после открытия Дэви Жозеф Гей-Люссак и Луи Тенар получили натрий не электролизом, а при помощи реакции едкого натра с 49 железом, нагретым до красного каления. Но и это открытие не изменило положения натрия как элемента «только для химиков», элемента без применений; и так продолжалось почти 17 лет. Но в 1824 г. с помощью натрия был выделен алюминий (из хлористого алюминия), и интерес к натрию сразу возрос. В 1890 г. был разработан электролитический способ получения элемента №11. Спустя 34 года американский инженер Г. Даунс принципиально изменил процесс электролитического получения натрия, заменив щелочь гораздо более дешевой поваренной солью. О масштабах мирового производства элемента №11 можно судить по таким цифрам: 1913 г. – 6 тыс. т., 1952 г. (без СССР) - 140 тыс. т., 1966 г. (тоже без СССР) – более 180 тыс. т натрия. Каменная соль (или галит) NaCl, чилийская селитра NaNO3, криолит Na3AlF6, глауберова соль Na2SО4·10H2O, бура Na2B4O7·10Н2О и некоторые силикаты – вот основные природные соединения натрия. А такие важные натриевые соли, как, например, соду или гипосульфит, приходится получать искусственно. К счастью, производства этих веществ обходятся без металлического натрия. Зато цианид натрия, применяемый в электрохимии и при добыче цветных металлов, выгоднее всего получать, используя в качестве сырья сам элемент №11. В 1928 г. группа ленинградских химиков во главе с профессором С.В. Лебедевым синтезировала первый в мире синтетический каучук, который назвали натрий-бутадиеновым. «Бутадиеновым» – потому, что этот СК – продукт полимеризации бутадиена-1,3, а «натрий» – оттого, что именно элементарный натрий служил катализатором процесса полимеризации. Металлический натрий – и твердый и жидкий – очень хорошо проводит и передает тепло. На этом основано его применение в качестве теплоносителя. Нельзя забывать еще об одном важном применении натрия. Как один из самых активных восстановителей, элемент №11 50 используют для получения некоторых редких металлов, например циркония. «Самый металлический металл» иногда называют натрий. Это не совсем справедливо: в менделеевской таблице нарастание металлических свойств происходит по мере продвижения справа налево и сверху вниз. Так что у аналогов натрия по группе – франция, рубидия, цезия, калия – металлические свойства выражены сильнее, чем у натрия. (Конечно, имеются в виду только химические свойства.) Но и у натрия есть полный комплекс «металлических» химических свойств. Он легко отдает свои валентные электроны (по одному на атом), всегда проявляет валентность 1+, обладает ярко выраженными восстановительными свойствами. Гидроокиси «типичных металлов» должны быть основаниями. В кислороде, фторе и хлоре натрий горит с серой, реагирует уже при растирании в ступке, серную кислоту восстанавливает до серы или даже до сульфида, а «сухой лед» (твердая углекислота) при контакте с натрием взрывается, (поэтому углекислотно-снежные огнетушители ни в коем случае нельзя применять для тушения горящего натрия). Не взаимодействует натрий только с азотом и с инертными газами. Физические свойства натрия – тоже свойства типичного металла. Он весьма пластичен, даже мягок (легко режется ножом), свежий грез натрия блестит. Величины электропроводности и теплопроводности натрия достаточно высоки. ЛИТИЙ Элемент №3, названный литием (от греческого λιτοσ – камень), открыт в 1817 г. Шведский химик И.А. Арфведсон, ученик знаменитого Берцелиуса, анализировал минерал, найденный в железном руднике Уто. Он быстро установил, что этот минерал – типичный алюмосиликат, и выяснил, сколько в нем кремния, алюминия и кислорода – на долю этих трех распространеннейших элементов приходилось 96% веса минерала. Одна 51 из солей этого металла растворялась в воде в шесть раз лучше, чем аналогичные соли калия и натрия. С виду минерал, в котором нашли новый элемент, был камень как камень, и потому Берцелиус предложил Арфведсону назвать новый элемент литием. Тот, видимо, не стал спорить, ибо это название сохранилось до наших дней. В большинстве европейских языков, как и в латыни, элемент №3 называется Lithium. Литий – первый среди металлов по легкости и удельной теплоемкости, а также по положению в ряду напряжений металлов. Говорить о том, что история лития продолжается, можно хотя бы потому, что некоторые соединения лития, да и сам металл в последнее время приобрели исключительную важность для судеб всего мира. Промышленное значение: Kli1,5Al1,5[Si3AlO10](F,OH)2, обнаружен впервые, циннвальдит промышленные сподумен петалит LiAl [Si4O10], – LiAl[Si2O6], минерал, амблигонит KLi(Fe,Mg)Al·[Si3AlO10](F,OH)2. запасы элемента №3 лепидолит в котором литий LiAl[PO4](F,OH) и Географически распределились довольно равномерно: промышленные месторождения минералов лития есть на всех континентах. Важнейшие из них находятся в Канаде, США, СССР, Испании, Швеции, Бразилии, Австралии, а также в странах Южной Африки. В 1818 г. немецкий химик Л. Гмелин установил, что соли лития окрашивают бесцветное пламя в карминово-красный цвет. Вскоре сам Арфведсон обнаружил литий в сподумене, позже ставшем важнейшим минералом элемента №3, и в лепидолите. В 1825 г. Йенс Якоб Берцелиус нашел литий в водах германских минеральных источников. Вскоре выяснилось, что этот элемент есть и в морской воде (7·106%). Металлический литий впервые получил английский ученый Хэмфри Дэви в 1818 г, выяснилось, что литий очень легок, почти вдвое легче воды, и что он обладает ярким металлическим блеском. 52 В значительных количествах металлический литий первыми получили в 1855 г. (независимо друг от друга) немецкий химик Р. Бунзен и англичанин О. Матиссен. Как и Дэви, они получали литий электролизом, только электролитом в их опытах служил расплав не гидроокиси, а хлорида лития. Установлено, что литий в принципе улучшает и свойства сталей – уменьшает размеры «зерен», повышает прочность, но трудности введения этой добавки (литий практически нерастворим в железе и к тому же он закипает при температуре 1317°C) помешали широкому внедрению лития в производство легированных сталей. Соединения лития нужны и в силикатной промышленности. Они делают стеклянную массу более вязкой, что упрощает технологию, и, кроме того, придают стеклу большую прочность и сопротивляемость атмосферной коррозии. В химической промышленности стали применять металлический литий и литийорганические соединения. В частности, мелкодисперсный элементарный литий намного ускоряет реакцию полимеризации изопрена, а бутил литий – дивинила. По химическим свойствам литий напоминает не только (и не столько) другие щелочные металлы, но и магний. Литийорганические соединения применяют там же, где и магнийорганические (в реакциях Гриньяра). В годы второй мировой войны стало стратегическим материалом одно соединение лития. Речь идет о гидриде лития – бесцветных кристаллах, приобретающих при хранении голубоватую окраску. Один из распространенных методов извлечения лития из сподумена – обработка раздробленного минерала серной кислотой. При этом образуются окиси кремния и алюминия и растворимый в воде сульфат лития. Его выщелачивают водой и превращают сначала в карбонат, а затем в хлорид, который и идет на электролиз. 53 Силицид лития – соединение, полученное еще в прошлом веке, но его формула, а, следовательно, и состав до сих пор не считаются окончательно установленными. Первым получил это вещество известный французский ученый Анри Муассан. Он нагревал в вакууме до 400...500°C смесь лития и кремния и получал легкие (чуть тяжелее воды) голубоватые кристаллы. Согласно Муассану, формула этого соединения Li6Si2. Эта формула и вызывает сомнения. Абсолютно достоверного ответа на вопрос, прав Муассан или нет, не получено не только оттого, что силицид лития не нашел пока практического применения, но и потому, что это соединение сложно получать, а исследовать еще сложнее. На воздухе силицид лития быстро разлагается. МАГНИЙ В XVII в. начался новый период в истории химической науки. Именно в этот период произошло открытие, в значительной МАГНИЙ степени предвосхитившее открытие элемента магния. В 1695 г. Н. Гро, выпаривая минеральную воду Эпсомского источника (Англия), получил соль, обладавшую горьким вкусом и слабительным действием. Спустя несколько лет выяснилось, что при взаимодействии с «постоянной щелочью» (так в те времена называли соду и поташ) эта соль образует белый рыхлый порошок. Точно такой же порошок получался при прокаливании минерала, найденного в окрестностях греческого города Магнезии. За это сходство эпсомская соль получила название белой магнезии. В 1808 г. Хэмфри Дэви при электролизе слегка увлажненной белой магнезии с окисью ртути получил амальгаму нового металла, который вскоре был из нее выделен и назван магнием. Правда, магний, полученный Дэви, был загрязнен примесями; первый действительно чистый магний получен А. Бюсси в 1829 г. Магний – серебристо-белый очень легкий металл, почти в 5 раз легче меди, в 4,5 раза легче железа; даже алюминий в 1,5 раза тяжелее 54 магния. Плавится магний при 651°C, но в обычных условиях расплавить его довольно трудно: нагретый на воздухе до 550°C, он вспыхивает и мгновенно сгорает ослепительно ярким пламенем. Полоску магниевой фольги легко поджечь обыкновенной спичкой, а в атмосфере хлора магний самовозгорается даже при комнатной температуре. При горении магния (внимание, любители загара!) выделяется большое количество ультрафиолетовых лучей и тепла – чтобы нагреть стакан ледяной воды до кипения, нужно сжечь всего 4 г магния. На воздухе магний быстро тускнеет, так как покрывается окисной пленкой. Эта пленка служит надежным панцирем, предохраняющим металл от дальнейшего окисления. Химические свойства магния довольно своеобразны. Он легко отнимает кислород и хлор у большинства элементов, не боится едких щелочей, соды, керосина, бензина и минеральных масел. В то же время он совершенно не выносит действия морской и минеральной воды и довольно быстро растворяется в них. Почти не реагируя с холодной пресной водой, он энергично вытесняет водород из горячей. Земная кора богата магнием – в ней содержится более 2,1% этого элемента. Лишь шесть элементов периодической системы встречаются на Земле чаще магния. Он входит в состав почти двухсот минералов. Но получают его в основном из трех – магнезита, доломита и карналлита. В нашей стране богатые месторождения магнезита расположены на Среднем Урале (Саткинское) и в Оренбургской области (Халиловское). А в районе города Соликамска разрабатывается крупнейшее в мире месторождение карналлита. Доломит – самый распространенный из магнийсодержащих минералов – встречается в Донбассе, Московской и Ленинградской областях и многих других местах. Получают металлический магний двумя способами – электротермическим (или металлотермическим) и электролитическим. Как явствует из названий, в обоих процессах участвует электричество. Но 55 в первом случае его роль сводится к обогреву реакционных аппаратов, а восстанавливают окись магния, полученную из минералов, каким-либо восстановителем, например углем, кремнием, алюминием. Этот способ довольно перспективен, в последнее время он находит все большее применение. Однако основной промышленный способ получения магния – второй, электролитический. Источником магния может быть не только морская вода, но и вода соленых озер, содержащая хлористый магний. У нас в стране такие озера есть: в Крыму – Сакское и Сасык-Сивашское, в Поволжье – озеро Эльтон и многие другие. Магний чрезвычайно легок. Магний придает сплаву легкость – детали из магниевого сплава на 20...30% легче алюминиевых и на 50...75% – чугунных и стальных. Есть немало элементов, которые улучшают магниевые сплавы, повышают их жаростойкость и пластичность, делают устойчивее к окислению. Это литий, бериллий, кальций, церий, кадмий, титан и другие. Немалую роль играет магний в металлургии. Он применяется как восстановитель в производстве некоторых ценных металлов – ванадия, хрома, титана, циркония. Магний, введенный в расплавленный чугун, модифицирует его, т.е. улучшает его структуру и повышает механические свойства. Отливки из модифицированного чугуна с успехом заменяют стальные поковки. Кроме того, металлурги используют магний для раскисления стали и сплавов. И еще в одной грандиозной работе – аккумуляции солнечной энергии – участвует магний. Услугами магния широко пользуется медицина: всем хорошо знакома «английская соль» MgSO4 · 7H2O. При приеме внутрь она служит надежным и быстродействующим слабительным, а при внутримышечных или внутривенных вливаниях снимает судорожное состояние, уменьшает спазмы сосудов. Перекись 56 магния служит дезинфицирующим средством при желудочных расстройствах. При желании магний можно добывать даже из... простого булыжника: ведь в каждом килограмме камня, используемого для мощения дорог, содержится примерно 20 г магния. В таком процессе, правда, пока нет необходимости – магний из дорожного камня был бы слишком дорогим удовольствием. Французские биологи считают, что магний поможет медикам в борьбе с таким серьезным недугом XX в., как переутомление. Исследования показывают, что в крови уставших людей содержится меньше магния, чем у здоровых, а даже самые ничтожные отклонения «магниевой крови» от нормы не проходят бесследно. БЕРИЛЛИЙ Открытый еще в конце XVIII в. бериллий 100 с лишним лет оставался «безработным» элементом, хотя химикам уже были известны его уникальные и очень полезные свойства. Для того чтобы эти свойства перестали быть «вещью в себе», требовался определенный уровень развития науки и техники. В 30-х годах академик А.Е. Ферсман называл бериллий металлом будущего. Сейчас о бериллии можно и должно говорить как о металле настоящего. В 1798 г. французский химик Луи Никола Воклен, занимаясь сравнительным анализом берилла и изумруда, открыл в них неизвестный окисел – «землю». Она была очень похожа на окись алюминия (глинозем), однако Воклен заметил и отличия. Окисел растворялся в углекислом аммонии (а окись алюминия не растворяется); сернокислая соль нового элемента не образовывала квасцов с сернокислым калием (а сернокислая соль алюминия такие квасцы образует). Именно этой разницей в свойствах Воклен и воспользовался для разделения окислов алюминия и неизвестного элемента. Редакция журнала «Annales de chimie», опубликовавшего работу Воклена, предложила для открытой им 57 «земли» название «глицина» (от греческого γλυμυς – сладкий) из-за сладкого вкуса ее солей. Однако известные химики М. Клапрот и А. Экеберг сочли это название неудачным, так как соли иттрия также имеют сладковатый вкус. В их работах «земля», открытая Вокленом, называется берилловой. Тем не менее, в научной литературе XIX в., вплоть до 60-х годов, элемент №4 сплошь и рядом называется «глицием», «глицинием» или «глюцинием». Ныне это название сохранилось только во Франции. Интересно отметить, что с предложением называть элемент №4 бериллием еще в 1814 г. выступал харьковский профессор Ф.И. Гизе. Первое подтверждение своих взглядов Менделеев нашел в одной из малоизвестных работ русского химика И.В. Авдеева, который считал, что окись бериллия химически подобна окиси магния. В конце 70-х годов прошлого века шведские химики Ларе Фредерик Нильсон и Отто Петерсон, повторно определив атомный вес бериллия, нашли его равным 9,1. Типично редкий элемент. На тонну земного вещества в среднем приходится лишь 4,2 г бериллия. Это, конечно, очень немного, но и не так уж мало, если вспомнить, например, что такого известного элемента как свинец, на Земле вдвое меньше, чем бериллия. Обычно бериллий встречается как незначительная примесь в различных минералах земной коры. И лишь ничтожная часть земного бериллия сконцентрирована в собственных бериллиевых минералах. Их известно более 30, но только шесть из них считаются более или менее распространенными (берилл, хризоберилл, бертрандит, фенакит, гельвин, даналит). А серьезное промышленное значение приобрел пока только один берилл, известный человеку с глубокой древности. Бериллы встречаются в гранитных пегматитах, имеющихся почти во всех странах земного шара. Это красивые зеленоватые кристаллы, достигающие иногда очень больших размеров; известны бериллыгиганты весом до тонны и длиной до 9 м. Чистый бериллий очень тверд – 58 им можно резать стекло. К сожалению, твердости сопутствует хрупкость. Бериллий очень устойчив против коррозии. Как и алюминий, он покрывается при взаимодействии с воздухом тонкой окисной пленкой, защищающей металл от действия кислорода даже при высоких температурах. Лишь за порогом 800°C идет окисление бериллия в массе, а при температуре 1200°C металлический бериллий сгорает, превращаясь в белый порошок BeO. Бериллий легко образует сплавы со многими металлами, придавая им большую твердость, прочность, жаростойкость и коррозионную стойкость. Один из его сплавов – бериллиевая бронза – это материал, позволивший решить многие сложные технические задачи. С помощью бериллия можно увеличивать прочность, жесткость и жаростойкость других металлов, не только вводя его в те или иные сплавы. Чтобы предотвратить быстрый износ стальных деталей, их иногда бериллизуют – насыщают их поверхность бериллием путем диффузии. Типично амфотерен, т.е. обладает свойствами и металла, и неметалла. Однако металлические свойства все же преобладают. С водородом бериллий не реагирует даже при нагревании до 1000°C, зато он легко соединяется с галогенами, серой и углеродом. Из галогенидов бериллия наибольшее значение имеют его фторид и хлорид, используемые в процессе переработки бериллиевых руд. Бериллий хорошо растворяется во всех минеральных кислотах, кроме, как это ни странно, азотной. От нее как и от кислорода, бериллий защищен окисной пленкой. Сферы применения бериллия не ограничиваются «высокой» техникой. С изделиями из никель-бериллиевых сплавов (содержание Be не превышает 1,5%) можно встретиться и в повседневной жизни. Из этих сплавов изготавливают хирургические инструменты, иглы для подкожных инъекций, литые металлические зубы. Из сплава «элинвар» (никель, бериллий, вольфрам) в Швейцарии делают пружины для часов. 59 Медно-бериллиевый сплав в США используют для изготовления втулок пишущего механизма шариковых ручек. В 1964 г. группа советских химиков во главе с вице-президентом Академии наук Таджикской ССР, доктором химических наук К.Т. Порошиным провела химический анализ древнего целебного средства «мумие». Оказалось, что это вещество сложного состава, причем в числе многих элементов, содержащихся в мумие, есть и бериллий. Наиболее крупные месторождения его находятся в Бразилии и Аргентине. На их долю приходится примерно 40% добычи берилла в капиталистических странах. Значительные запасы бериллиевых руд имеются также в странах Африки и в Индии. Вплоть до последнего времени крупнозернистый берилл добывали вручную. В Бразилии таким кустарным способом и сейчас ежегодно добывается до 3000 т концентрата. КАЛИЙ Человечество знакомо с калием больше полутора веков. В Лондоне 20 ноября 1807 г., Хэмфри Дэви сообщил, что при электролизе едкого кали он получил «маленькие шарики с сильным металлическим блеском... Некоторые из них сейчас же после своего образования сгорали со взрывом». Это и был калий. Калий – замечательный металл. Замечателен он не только потому, что режется ножом, плавает в воде, вспыхивает на ней со взрывом и горит, окрашивая пламя в фиолетовый цвет. И не только потому, что этот элемент – один из самых активных химически. Калий замечателен своей незаменимостью для всего живого и примечателен как всесторонне «нечетный» металл. Обратите внимание: его атомный номер 19, атомная масса 39, во внешнем электронном слое – один электрон, валентность 1+. Как считают химики, именно этим объясняется исключительная подвижность калия в природе. Он входит в состав нескольких сотен минералов. Он находится в 60 почве, в растениях, в организмах людей и животных. Он – как классический Фигаро: здесь – там – повсюду. Почти 18% веса земной коры приходится на долю калийсодержащего минерала – ортоклаза. Это двойная соль кремневой кислоты K2Al2Si6O16 или K2O · Al2O3 · 6SiO2. В почвенных водах молекулы К2CO3 диссоциируют: К2CO3 ↔ K+ + KCO–3 ↔ 2K+ + CO2–3. «Почва поглощает калий, и в этом ее чудодейственная сила», – писал академик А.Е. Ферсман. При недостатке калия растения медленнее растут, их листья, особенно старые, желтеют и буреют по краям, стебель становится тонким и непрочным, а семена теряют всхожесть. Самое дешевое (фактически даровое) и в то же время прекрасное по качеству калийное удобрение – печная зола. В ней калий находится в виде поташа К2CO3. Состав золы различных растений далеко не одинаков. Больше всего калия в золе подсолнечника – 36,3% К2О (содержание калия в калийных удобрениях принято пересчитывать на K2O). В золе дров окиси калия значительно меньше – от 3,2% (еловые дрова) до 13,8% (березовые дрова). Еще меньше калия в золе торфа. Самым важным калийным удобрением стали природные калийные соли, в первую очередь распространенный сильвинит минерал. и каинит. Его Сильвинит состав – очень обозначают формулой mKCl · nNaCl. Кроме хлоридов натрия и калия, в нем есть примеси солей кальция, магния и других элементов. Обычно в сильвините 14...18% К2O. В каините KCl · MgSO4 · 3H2O окиси калия меньше – 10...12%. Значительную часть природных калийных солей перерабатывают в технический продукт – хлористый калий (содержание калия в пересчете на K2O 50...62%). В нашей стране находятся самые богатые в мире месторождения калийных солей (район Соликамска – Березняков). В 61 1975 г. сельское хозяйство страны получило более 12 млн т калийных удобрений. Это в 12 раз больше, чем в 1950 г., и в 2,6 раза больше, чем в 1965 г. Металлический калий используют как катализатор в производстве некоторых видов синтетического каучука, а также в лабораторной практике. В последнее время основным применением этого металла стало производство перекиси калия К2О2, используемой для регенерации кислорода. Сплав калия с натрием служит теплоносителем в атомных реакторах, а в производстве титана – восстановителем. Получают калий чаще всего в обменной реакции расплавленных едкого кали и металлического натрия: KOH + Na → NaOH + К. Процесс идет в ректификационной колонне из никеля при температуре 380...440°C. Подобным образом получают элемент №19 и из хлористого калия, только в этом случае температура процесса выше – 760...800°C. Бромистый калий KBr – в фотографии, чтобы предохранить негатив или отпечаток от вуали. Йодистый калий KI – в медицине и как химический реактив. Фтористый калий KF – в составе металлургических флюсов и для введения фтора в органические соединения. Углекислый калий (поташ) К2CO3 – в стекольном и мыловаренном производствах, а так же кик удобрение. Фосфаты калия, в частности К4Р2О7 и К5Р3О10, – как компоненты моющих средств. Хлорат калия (бертолетова соль) КClO3 – в спичечном производстве и пиротехнике. Кремнефтористый калий K2SiF6 – как добавка к шихте при извлечении редкоземельных элементов из минералов. Железистосинеродистый калий (желтая кровяная соль) K4Fe(CN)6 · 3Н2О – как протрава при крашении тканей и в фотографии. 62 Слово это арабского происхождения. По-арабски, «аль-кали» – зола растений. Впервые калии получен из едкого кали, а едкое кали – из поташа, выделенного из золы растений... Впрочем, в английском и других европейских языках сохранилось название potassium, данное калию его первооткрывателем X. Дэви. Как нетрудно догадаться, эта слово берет начало от слова «поташ». В русскую химическую номенклатуру название «калий» введено в 1831 г. Г.И. Гессом. Кальций – один из самых распространенных элементов КАЛЬЦИЙ на Земле. В природе его очень много: из солей кальция образованы горные массивы и глинистые породы, он есть в морской и речной воде, входит в состав растительных и животных организмов. Кальций постоянно окружает горожан: почти все основные стройматериалы – бетон, стекло, кирпич, цемент, известь – содержат этот элемент в значительных количествах. Словом, от кальция – никуда, и без кальция тоже. В латинском языке слово «calx» обозначает известь и сравнительно мягкие, легко обрабатываемые камни, в первую очередь мел и мрамор. От этого слова и произошло название элемента №20. Несмотря на повсеместную распространенность элемента №20, даже химики и то не все видели элементарный кальций. А ведь этот металл и внешне и по поведению совсем непохож на щелочные металлы, общение с которыми чревато опасностью пожаров и ожогов. Его можно спокойно хранить на воздухе, он не воспламеняется от воды. Кальций легко реагирует с кислородом, серой, галогенами. Даже с азотом и водородом при определенных условиях он вступает в реакции. Среда окислов углерода, инертная для большинства металлов, для кальция – агрессивная. Он сгорает в атмосфере CO и CO2. 63 Карбонат кальция СаCO3 – одно из самых распространенных на Земле соединений. Минералы на основе СаCO3 покрывают около 40 млн км2 земной поверхности. Мел, мрамор, известняки, ракушечники – все это СаCO3 с незначительными примесями, а кальцит – чистый СаCO3. Самый важный из этих минералов – известняк. Известняки есть практически везде. В европейской части СССР известняки встречаются в отложениях почти всех геологических возрастов. Ракушечники – известняки органического происхождения – особенно распространены на северном побережье Черного моря. Знаменитые Одесские катакомбы – это бывшие каменоломни, в которых добывали ракушечник. Из известняков главным образом сложены и западные склоны Урала. В чистом виде известняки – белого или светло-желтого цвета, но примеси придают им более темную окраску. Мел – это не только зубной порошок и школьные мелки. Его используют в бумажной и резиновой промышленности – в качестве наполнителя, в строительстве и при ремонте зданий – для побелки. Мрамор – встречается реже. Считается, что мрамор образовался из известняка в давние геологические эпохи. При смещениях земной коры отдельные залежи известняка оказывались погребенными под слоями других пород. Доломит – важный огнеупорный материал и сырье для производства цемента. Это двойная магние-кальциевая соль угольной кислоты, ее состав – СаCO3 · MgCO3. Сульфат кальция СаSO4 тоже широко распространен в природе. Известный минерал гипс – это кристаллогидрат СаSO4 · 2Н2О. Как вяжущее гипс используют уже много веков, чуть ли не со времен египетских пирамид. Кальций – хлористый эта соль кальция встречается в природе намного реже, чем карбонат, сульфат или фосфаты кальция. Ее получают как побочный продукт в производстве соды аммиачным способом. Природный хлористый кальций это обычно кристаллогидрат 64 СаСl2 · 6Н2O, который при нагревании теряет сначала четыре молекулы воды, а затем и остальные. Природный кальций состоит из шести изотопов с массовыми числами 40, 42, 43, 44, 46 и 48. Основной изотоп – 40Са; его содержание в металле около 97%. Полученные искусственным путем изотопы с массовыми числами 39, 41, 45, 47 и 49 – радиоактивны. Наша промышленность выпускает следующие препараты с изотопом 45Са: кальций металлический, СаCO3, СаО, CaCl, Ca(NO3)2, CaSO4, CaC2O4. Еще в I в. н.э. Диоскорид – врач при римской армии – в сочинении «О лекарственных средствах» ввел для окиси кальция название «негашеная известь», которое сохранилось и в наше время. Строители ее называют «кипелкой». Бетон – важнейший строительный материал наших дней. Но это вещество (точнее, одну из его разновидностей – смесь дробленого камня, песка и извести) применяют с давних пор. Плиний Старший (I в. н.э.) так описывает постройку цистерн из бетона: «Для постройки цистерн берут пять частей чистого гравийного песка, две части самой лучшей гашеной извести и обломки силекса (твердая лава. – Ред.) весом не больше фунта каждый, после смешивания уплотняют как следует нижнюю и боковые поверхности ударами железной трамбовки». Кальций впервые получен Дэви в 1808 г. с помощью электролиза. Но, как и другие щелочные и щелочноземельные металлы, элемент №20 нельзя получить электролизом из водных растворов. Кальций получают при электролизе его расплавленных солей. В электролизере расплавляют хлорид кальция с добавками других солей (они нужны для того, чтобы снизить температуру плавления СаСl2). Другой метод получения кальция – металлотермический – был теоретически обоснован еще в 1865 г. известным русским химиком Н.Н. Бекетовым. Кальций восстанавливают алюминием при давлении 65 всего в 0,01 мм ртутного столба. Температура процесса 1100...1200°C. Кальций получается при этом в виде пара, который затем конденсируют. В последние годы разработан еще один способ получения элемента №20. Он основан на термической диссоциации карбида кальция: раскаленный в вакууме до 1750°C карбид разлагается с образованием паров кальция и твердого графита. Кальций используют и в металлургии меди, никеля, специальных сталей и бронз; им связывают вредные примеси серы, фосфора, избыточного углерода. В тех же целях применяют сплавы кальция с кремнием, литием, натрием, бором, алюминием. СТРОНЦИЙ деревни В 1764 г. в свинцовом руднике близ шотландской Стронциан был найден минерал, который назвали стронцианитом. Долгое время его считали разновидностью флюорита CaF2 или витерита ВаCO3, но в 1790 г. английские минералоги Кроуфорд и Крюикшенк проанализировали этот минерал и установили, что в нем содержится новая «земля», а говоря нынешним языком, окисел. Независимо от них тот же минерал изучал другой английский химик – Хоп. Он объявил, что в стронцианите есть новый элемент – металл стронций. В те же годы на следы «стронциановой земли» натолкнулся и известный русский химик – академик Товий Егорович Ловиц. Его издавна интересовал минерал, известный под названием тяжелого шпата. Выдающийся ученый своего времени Хэмфри Дэви понимал уже, что элемент стронциановой земли должен быть, по-видимому, щелочноземельным металлом, и получил его электролизом, т.е. тем же способом, что и кальций, магний, барий. Первый в мире металлический стронций был получен при электролизе его увлажненной гидроокиси. Металл этот белого цвета, не тяжелый (плотность 2,6 г/см3), довольно мягкий, плавящийся при 770°C. По химическим свойствам он 66 типичный представитель семейства щелочноземельных металлов. Сходство с кальцием, магнием, барием настолько велико, что в монографиях и учебниках индивидуальные свойства стронция, как правило, не рассматриваются – их разбирают на примере кальция или магния. Металл красных огней - так называл стронций академик А.Е. Ферсман. Действительно, стоит бросить в пламя щепотку одной из летучих солей стронция, как пламя тотчас окрасится в яркий карминовокрасный цвет. В спектре пламени появятся линии стронция. Первые глазури появились чуть ли не на заре гончарного производства. Известно, что еще в IV тысячелетии до н.э. ими покрывали изделия из глины. Позже изделия из глины стали сначала покрывать красками, а затем глазурью. Оказалось, что глазурь довольно долго не дает краскам тускнеть и блекнуть. Еще позже глазури пришли в фаянсовое и фарфоровое производство. В наши дни глазурью покрывают керамику и металл, фарфор и фаянс, различные строительные изделия. В 1920 г. американец Хилл впервые применил матовую глазурь, в состав который входили окислы стронция (система Sr – Са – Zn). Однако этот факт остался незамеченным, и только в годы второй мировой войны, когда свинец стал особо дефицитным, вспомнили об открытии Хилла. Стронциевые глазури не только безвредны, но и доступны (карбонат стронция SrCO3 в 3,5 раза дешевле свинцового сурика). Еще одна особенность стронция, резко выделяющая его среди щелочноземельных металлов, – существование радиоактивного изотопа стронций-90, который волнует биофизиков, физиологов, радиобиологов, биохимиков и просто химиков уже давно. Содержание стронция в земной коре довольно велико – 3,4·10–2%). Чаще всего он присутствует как примесь в различных кальциевых минералах. Всего известно более 25 минералов, содержащих стронций. Собственно стронциевых из них два: целестин SrSO4 и стронцианит 67 SrCO3. В Советском Союзе месторождения этих минералов найдены в Архангельской области, Верхнем и Среднем Поволжье, Башкирии, Якутии, Таджикистане, Крыму. За рубежом основные запасы стронциевых руд находятся в Англии, Испании, ФРГ, ГДР, США, Мексике, Пакистане. В самом конце 60-х годов в большинство промышленно-развитых стран стало наблюдаться явление, получившее название стронциевого бума. Этот подъем был вызван возросшей потребностью в окиси стронция и его карбонате в производстве цветных телевизоров и появлением новых керамических материалов для производства ферритов. ЦЕЗИЙ Цезий, как известно, был первым элементом, открытым с помощью спектрального анализа. Ученые, однако, имели возможность познакомиться с этим элементом еще до того, как Бунзен и Кирхгоф создали новый исследовательский метод. В 1846 г. немецкий химик Платтнер, анализируя минерал поллуцит, обнаружил, что сумма известных его компонентов составляет лишь 93%, но не сумел точно установить, какой еще элемент (или элементы) входит в этот минерал. Открыт цезий сравнительно недавно, в 1860 г., в минеральных водах известных целебных источников Шварцвальда (Баден-Баден и др.). Лишь в 1864 г., уже после открытия Бунзена, итальянец Пизани нашел цезий в поллуците и установил, что именно соединения этого элемента не смог идентифицировать Платтнер. За короткий исторический срок прошел блистательный путь – от редкого, никому не ведомого химического элемента до стратегического металла. Принадлежит к трудовой семье щелочных металлов. Не беспредметен разговор о «голубой крови» цезия – впервые он был обнаружен по двум ярким линиям в синей области спектра и латинское слово «caesius», от которого произошло его название, означает небесноголубой. 68 Он относится к числу редких химических элементов. Полагают, что его содержание в земной коре во всяком случае в несколько сот раз меньше, чем рубидия, и не превышает 7·10–4%. Цезий встречается в крайне рассеянном состоянии (порядка тысячных долей процента) во многих горных породах; ничтожные количества этого металла были обнаружены и в морской воде. В большей концентрации (до нескольких десятых процента) он содержится в некоторых калиевых и литиевых минералах, главным образом в лепидолите. Но особенно существенно то, что, в отличие от рубидия и большинства других редких элементов, цезий образует собственные минералы – поллуцит, авогадрит и родицит. Родицит крайне редок, притом некоторые авторы причисляют его к литиевым минералам, так как в его состав (R2O · 2Al2O3 · 3B2O3, где R2O – сумма окисей щелочных металлов) входит обычно больше лития, чем цезия. Авогадрит (K, Cs) [BF4] тоже редок, да и поллуциты встречаются нечасто; их залежи маломощны, зато цезия они содержат не менее 20, а иногда и до 35%. Наибольшее практическое значение имеют поллуциты США (Южная Дакота и Мэн), Юго-Западной Африки, Швеции и Советского Союза (Казахстан и др.). Металлический цезий был впервые получен только через 20 лет, в 1882 г., шведским химиком Сеттербергом в процессе электролиза расплавленной смеси цианидов цезия и бария, взятых в отношении 4:1. Цианид бария добавляли для снижения температуры плавления. Однако барий загрязнял конечный продукт, а работать с цианидами было трудно ввиду их крайней токсичности, да и выход цезия был весьма мал. Вол ее рациональный способ найден в 1890 г. известным русским химиком Н.Н. Бекетовым, предложившим восстанавливать гидроокись цезия металлическим магнием в токе водорода при повышенной температуре. Водород заполняет прибор и препятствует окислению цезия, который отгоняется в специальный приемник. Однако и в этом случае выход цезия 69 не превышает 50% теоретического. Наилучшее решение трудной задачи получения металлического цезия было найдено в 1911 г. французским химиком Акспилем. При методе Акспиля, до сих пор остающемся наиболее распространенным, хлорид цезия восстанавливают металлическим кальцием в вакууме, причем реакция идет практически до конца. 2CsCl + Ca → CaCl2 + 2Cs Блестящая поверхность металлического цезия имеет бледнозолотистый цвет. Это – один из самых легкоплавких металлов: он плавится при 28,5°C, кипит при 705°C в обычных условиях и при 330°C в вакууме. Легкоплавкость цезия сочетается с большой легкостью. Несмотря на довольно большую атомную массу (132,905) элемента, его плотность при 20°C всего 1,87. Цезий во много раз легче своих соседей по менделеевской таблице. По-видимому, причина этого кроется в своеобразной электронной структуре атомов цезия. Самое замечательное свойство цезия – его исключительно высокая активность. Он очень быстро реагирует с кислородом и не только моментально воспламеняется на воздухе, но способен поглощать малейшие следы кислорода в условиях глубокого вакуума. Воду он бурно разлагает уже при обычной температуре; при этом выделяется много тепла, и вытесняемый из воды водород тут же воспламеняется. Цезий взаимодействует даже со льдом при –116°C. Его хранение требует большой предосторожности. Даже при обычной температуре реакции цезия с фтором, хлором и другими галогенами сопровождаются воспламенением, а с серой и фосфором – взрывом. Прежде всего он нашел применение в радиотехнике. В телевидении и звуковом кино широко распространены вакуумные сурьмяно-цезиевые фотоэлементы; их чувствительность даже после 250 часов работы падает всего на 5...6%, они надежно работают в интервале температур от –30° до +90°C. В оптике и электротехнике широко используются бромиды, 70 иодиды и некоторые другие соли цезия. Если при изготовлении флуоресцирующих экранов для телевизоров и научной аппаратуры ввести между кристалликами сернистого цинка примерно 20% иодистого цезия, экраны будут лучше поглощать рентгеновские лучи и ярче светиться при облучении электронным пучком. На проходившей в 1965 г. в Москве Международной выставке «Химия-65» в павильоне СССР демонстрировались сцинтилляционные приборы с монокристаллами иодида цезия, активированного таллием. Эти приборы, предназначенные для регистрации тяжелых заряженных частиц, обладают наибольшей чувствительностью из всех приборов подобного назначения. Но особенно большое внимание уделяется в последнее время цезиевой плазме, всестороннему изучению ее свойств и условий образования. Возможно, она станет «топливом» плазменных двигателей будущего. БАРИЙ В 1774 г. шведский химик Карл Вильгельм Шееле и его друг Юхан Готлиб Ган исследовали один из самых тяжелых минералов – тяжелый шпат BaSO4. Им удалось выделить неизвестную раньше «тяжелую землю», которую потом назвали баритом (от греческого βαρυς – тяжелый). А через 34 года Хэмфри Дэви, подвергнув электролизу мокрую баритовую землю, получил из нее новый элемент – барий. Следует отметить, что в том же 1808 г., несколько раньше Дэви, Йене Якоб Берцелиус с сотрудниками получил амальгамы кальция, стронция и бария. Так появился элемент барий. Интересно, что в чистом виде сульфид бария не светится: необходимы микропримеси веществактиваторов – солей висмута, свинца, молибдена и других металлов. В земной коре содержится 0,05% бария. Это довольно много – значительно больше, чем, скажем, свинца, олова, меди или ртути. В чистом виде в земле его нет: барий активен, он входит в подгруппу 71 щелочноземельных металлов и, естественно, в минералах связан достаточно прочно. Основные минералы бария – уже упоминавшийся тяжелый шпат BaSO4 (чаще его называют баритом) и витерит BaCOз, названный так по имени англичанина Уильяма Витеринга (1741...1799), который открыл этот минерал в 1782 г. В небольшой концентрации соли бария содержатся во многих минеральных водах и морской воде. Малое содержание в этом случае плюс, а не минус, ибо все соли бария, кроме сульфата, ядовиты. Карбонат бария BaCO3 добавляют в стекольную массу, чтобы повысить коэффициент преломления стекла. Сернокислый барий применяют в бумажной промышленности как наполнитель; качество бумаги во многом определяется ее весом, барит BaSO4 утяжеляет бумагу. Эта соль обязательно входит во все дорогие сорта бумаги. Кроме того, сульфат бария широко используется в производстве белой краски литопона – продукта реакции растворов сернистого бария с сернокислым цинком. Окуните стеклянную палочку в раствор соли бария, а затем внесите ее в огонь горелки – пламя сразу же окрасится в зеленый цвет. Это одна из характерных качественных реакций элемента №56. Зеленая окраска пламени – «визитная карточка» бария, даже если он присутствует в микроскопических количествах. Когда во время салютов вы видите зеленые ракеты или как, разбрасывая искры, медленно горит зеленый бенгальский огонь, вспомните, что в их составе обязательно есть соли бария. К примеру, в состав зеленого бенгальского огня входят Ba(NO3)2 и BaCl2. Старинная арабская пословица говорит: «Все несчастья в жизни – от желудка». Действительно, желудочные заболевания причиняют много беспокойства медикам, а еще больше – некоторым их пациентам. Здесь врачам помогает барий. Его сернокислую соль применяют при диагностике желудочных заболеваний. BaSO4 смешивают с водой и дают 72 проглотить пациенту. Сульфат бария непрозрачен для рентгеновских лучей, и поэтому те участки пищеварительного тракта, по которым идет «бариевая каша», остаются на экране темными. Так врач получает представление о форме желудка и кишок, определяет место, где может возникнуть язва. В последние годы элемент №56 нашел применение в атомной технике. Во-первых, барий, хорошо поглощающий рентгеновское излучение и гамма-лучи, вводят в состав защитных материалов. Вовторых, платиноцианатом бария Ba[Pt(CN)4] покрывают светящиеся экраны приборов. Под действием рентгеновских или гамма-лучей кристаллы этой соли начинают ярко светиться желто-зеленым цветом. Втретьих, соединения бария используют в качестве носителя при извлечении радия из урановых руд. РУБИДИЙ С первого взгляда рубидий не производит особого впечатления. Правда, его демонстрируют не на черном бархате, а в запаянной и предварительно вакуумированной стеклянной ампуле. Своим внешним видом – блестящей серебристо-белой поверхностью этот щелочной металл напоминает большинство других металлов. Однако при более близком знакомстве выявляется ряд присущих ему необычайных, подчас уникальных особенностей. Так, стоит лишь несколько минут подержать в руках ампулу с рубидием, как он превращается в полужидкую массу – ведь температура плавления рубидия всего 39°C. Прежде всего он легок (плотность 1,5 г/см3) и плохо проводит электрический ток. Но самое примечательное – это его исключительная химическая активность. В вакууме рубидий хранят не зря – на воздухе он моментально воспламеняется. При этом образуются соединения с высоким содержанием кислорода – перекиси и надперекиси рубидия. Не менее жадно (с воспламенением) соединяется 73 он с хлором и другими галогенами, а с серой и фосфором – даже со взрывом. Вообще рубидий вступает в реакцию почти со всеми элементами; в литературе описаны его соединения с водородом и азотом (гидриды и нитриды), с бором и кремнием (бориды и силициды), с золотом, кадмием и ртутью (ауриды, кадмиды, меркуриды) и многие другие. При обычной температуре рубидий разлагает воду столь бурно, что выделяющийся водород тут же воспламеняется. При 300°C его пары разрушают стекло, вытесняя из него кремний. Rubidus – по-латыни «красный». Казалось бы, это имя скорее подходит меди, чем очень обыкновенному по окраске рубидию. Это название было дано элементу №37 его первооткрывателями Кирхгофом и Бунзеном. Сто с лишним лет назад, изучая с помощью спектроскопа различные минералы, они заметили, что один из образцов лепидолита, присланный из Розены (Саксония), дает особые линии в темно-красной области спектра. Эти линии не встречались в спектрах ни одного известного вещества. Так в 1861 г. был открыт рубидий. Металлический рубидий был впервые получен при восстановлении сажей кислого тартрата. В настоящее время наилучший способ извлечения рубидия – восстановление его хлорида металлическим кальцием. Сколько рубидия на земном шаре и где он встречается? На последний вопрос ответить легче: практически везде; а вот на первый ответы довольно противоречивы. Разные исследователи называют разные цифры. Сейчас принято считать, что содержание рубидия в земной коре составляет 1,5·10–2%. Это больше, чем у таких известнейших металлов, как медь, цинк, олово, свинец. Но выделить рубидий значительно сложнее, чем олово или свинец, и дело не только в большой химической активности элемента №37. Беда в том, что рубидий не образует скоплений, у него нет собственных минералов. Он крайне рассеян и встречается вместе с другими щелочными металлами, всегда сопутствуя 74 калию. Рубидий обнаружен в очень многих горных породах и минералах, но его концентрация там крайне низка. Только лепидолиты содержат несколько больше Rb2О, иногда 0,2%, а изредка и до 1...3%. Соли рубидия растворены в воде морей, океанов и озер. Концентрация их и здесь очень невелика, в среднем порядка 100 мкг/л. Значит, в мировом океане рубидия в сотни раз меньше, чем в земной коре. Рубидий найден в морских водорослях, в чае, кофе, в сахарном тростнике и табаке: в золе табачных листьев оказалось до 0,004% рубидия (а калия в них в 1000 раз больше). Из морской воды рубидий перешел в калийные соляные отложения, главным образом в карналлиты. В страссфуртских и соликамских карналлитах содержание рубидия колеблется в пределах от 0,037 до 0,15%. Минерал карналлит – сложное химическое соединение, образованное хлоридами калия и магния с водой; его формула KCl · MgCl2 · 6H2O. Рубидий дает соль аналогичного состава RbCl · MgCl2 · 6H2O, причем обе соли – калиевая и рубидиевая – имеют одинаковое строение и образуют непрерывный ряд твердых растворов, кристаллизуясь совместно. Мировое производство этого металла ничтожно (несколько десятков килограммов в год), а стоимость непомерно велика: 2,5 доллара за 1 г. Объясняется это главным образом ничтожными запасами рубидия в основных капиталистических странах. И все-таки совершенно «безработным» элементом его не назовешь. Рубидиевые препараты иногда применяются в медицине как снотворные и болеутоляющие средства, а также при лечении некоторых форм эпилепсии. Отдельные его соединения используются в аналитической химии как специфические реактивы на марганец, цирконий, золото, палладий и серебро. Сам металл изредка употребляют для изготовления фотоэлементов, но по чувствительности и диапазону 75 действия рубидиевые фотокатоды уступают некоторым другим, в частности цезиевым. Еще в 1921 г. немецкие химики Фишер и Тропш нашли, что карбонат рубидия – превосходный компонент катализатора для получения синтетической нефти – синтола. Первооткрыватели рубидия и цезия немецкие ученые Р. Бунзен и Г. Кирхгоф прославились не только как создатели спектрального анализа. Каждому из них принадлежит немало и интересных работ и открытий. 76 Оглавление 1. Предисловие 2. Введение 3. Железо 4. Никель 5. Кобальт 6. Марганец 7. Молибден 8. Ванадий 9. Медь 10. Свинец 11. Цинк 12. Олово 13. Ртуть 14. Уран 15. Золото 16. Серебро 17. Ниобий и тантал 18. Селен и теллур 19. Титан 20. Цирконий и гафний 21. Германий 22. Хром 23. Алюминий 24. Редкоземельные элементы 25. Лантаноиды 26. Рений 27. Платиновые металлы 28. Щелочные и щелочноземельные металлы 29. Натрий 30. Литий 31. Магний 32. Бериллий 33. Калий 34. Кальций 35. Стронций 36. Цезий 37. Барий 38. Рубидий 39. Список литературы -3 -4 -7 -8 -10 -12 -15 -16 -17 -19 -21 -23 -24 -25 -26 -28 -29 -31 -32 -33 -35 -37 -38 -40 -42 -44 -45 -46 -46 -49 -52 -55 -58 -61 -64 -66 -69 -71 -76 77 Список литературы. 1. Г. Реми «Курс неорганической химии» Издательство «Мир» Москва 1974 г. 2. «Химическая энциклопедия» Издательство «Советская энциклопедия». М…1975 г. 3. «Основы металлургии» в 5 томах. Издательство «Черная и цветная металлургия», М…1961 г. 4. Благородные металлы. Справочник под ред. Е.М. Савицкого. М.- 1984г.