Узнай элемент по особым приметам

ХИМИЯ В КАРТИНКАХ
Узнай
Екатерина Никишова
1
IIA
2
IIIA IVA
13 14
VA
15
VIA
16
VIIA
17
2
3
IIIB
3
IVB
4
VB
5
VIB
6
VIIB
7
8
VIII
9
10
IB
11
IIB
12
4
5
6
7
Оказывается, существует периодическая система химических элементов, которая служит настоящим портфолио для её простых веществ. Рассмотрев её, можно выделить некоторые детали внешнего
вида этих веществ при нормальных условиях.
Прежде всего, почти 75 % простых веществ при
нормальных условиях – твёрдые. Среди металлов лишь
ртуть является жидкостью. Ты можешь убедиться в этом,
заглянув в ячейку № 80 таблицы. Там изображена серебристо-белая жидкость в стеклянном сосуде. Эта жидкость имеет
большой удельный вес и высокую плотность. Впервые массу
ртути в 1627 году определил Роберт Бойль, но это значение ак2
ом
приметам
туально и сегодня: 1 л ртути имеет массу приблизительно 13,6 кг. Так что попытки поднять даже
5-литровое ведро ртути напрасны, если ты не тяжелоатлет. Наш организм тоже „отягощён” ртутью,
но её количество мизерно – 13 мг.
Ещё одной жидкостью в таблице является неметалл бром. В ячейке № 35 мы видим эту бурокрасную жидкость в закупоренном сосуде. Пробка здесь никак не лишняя, ведь бор – ядовитое
вещество. Предельно допустимая концентрация
паров брома в воздухе – 0,5 мг/м3. Даже немного
большее содержание брома в воздухе приводит к
головокружению, раздражению слизистых оболочек, кашлю, удушью. Основной поставщик брома –
море. Достаточно много брома в организмах рыб.
Но существуют морские ракообразные, которым
Бр
по
Рт
уть
ос
об
ым
элемент
VIIIA
18
IA
1
3
Рідкий кисень
Д
оч еякі
а
в х к
н иго у к афе
до их м товл лієн на
го пом оро яю тів
азо ог зи ть
ту ою во для
рід за
ко
-
М
ка орсь
че ка
чк
а
,
да а
ян жен ом
Тро оро азот
зам ким
рід
бром изрядно помогает. Это морские
уточки Chaetolepas calcitergum. Они в
основном неподвижны, поэтому могут
стать лёгкой добычей для хищников. Здесь
им и пригодился ядовитый бром. Части тела
морских уточек, не защищённые известковыми
пластинками, содержат до 7 % брома, который
они накапливают для защиты от нападающих.
В периодической таблице только два элемента
при нормальных условиях образуют жидкие
простые вещества: металл ртуть и неметалл бром.
Газообразные вещества образуют 11 элементов: водород, гелий, азот, кислород, фтор, неон, хлор, аргон,
криптон, ксенон и радон. Как видим, шесть элементов
из этого перечня – инертные газы. К ним можно
было бы добавить ещё и искусственно полученный
элемент унуноктий, который, по мнению учёных, должен также иметь свойства инертных газов. К сожалению, на сегодня были получены лишь 3 атома этого
элемента с периодом полураспада чуть больше 1 мс.
Поэтому исследовать физические свойства и сравнить их с прогнозированными не было возможности.
Приглядимся внимательнее к тем элементам,
которые исследованы хорошо и точно имеют газообразное агрегатное состояние при нормальных условиях. К водороду присматриваться нет смысла, потому что это не поможет его узнать. Водород не имеет
ни цвета, ни запаха, ни вкуса. Этого газа-невидимки
во Вселенной больше всего. Наше Солнце больше
чем наполовину состоит из газообразного водорода.
Зато на Земле стараниями учёных существует жидкий и твёрдый водород. Жидким водород становится
при температуре от −252,76 до −259,2 °C. В жидком
состоянии водород занимает намного меньше места,
чем в газообразном. Интересно, что газообразный
водород – вещество с наименьшей плотностью, а
жидкий – с наибольшей. Твёрдый водород – это белая масса, которая напоминает снег.
Подробнее об этом читай в статье Екатерины Никишовой „Ленивцы
периодической системы” в журнале „КОЛОСОК” № 6/2014.
фтор
Переливання
рідкого азоту
Сложно будет отличить азот от водорода, ведь
при нормальных условиях он также не имеет цвета,
вкуса и запаха. Этого газа больше всего в воздухе,
но в процессе дыхания он не участвует и не усваивается нашим организмом. Жидкий азот образуется
при очень низких температурах (приблизительно
−200 °C) или при сжимании воздуха до 200–250 бар.
Его используют для криогенной резки, в молекулярной биологии, генной инженерии, для гашения
пожаров, а также в косметической медицине.
Вторым по содержанию газом в воздухе является кислород. За сутки здоровый человек в спокойном состоянии прокачивает через лёгкие 7 200
л воздуха, навсегда забирая из атмосферы 720 л Хлор
кислорода. Кислород, как и два предыдущих газа,
прозрачный, не имеет запаха и вкуса. При температуре −183 °С он превращается в вещество с
голубоватым оттенком, а при −218,7 °С кристаллизируется в синюю массу.
Очень важно уметь распознать хлор и фтор.
Ведь это ядовитые газы. Во время Первой мировой войны немецкие войска использовали против англичан хлор. Для защиты от этого и других
опасных для здоровья газов украинский химик Н.
Д. Зелинский в 1915 году изобрёл противогаз. Воздух, которым дышит человек в противогазе, проходит через слой активированного угля и очищается.
Итак, если увидишь жёлто-зелёный газ и почувствуешь его удушливый запах, сразу одевай противогаз, ведь это хлор. Так же нужно реагировать и на
другой газ с резким удушливым запахом, который
имеет ярко жёлтый цвет, – фтор. Кстати, и от хлора,
и от фтора тебя защитит серый противогаз с маркой
фильтра В.
Остальные газы в таблице Менделеева – инертные. Они лишены цвета и запаха. Легче всего их распознать по свечениию в газовом розряде1.
1
4
5
мідний
порошок
мідна
пластина
6
Твёрдые простые вещества отличить значительно сложнее, особенно металлы. В основном
металлы пластичны, имеют металлический блеск,
хорошо проводят тепло и электрический ток.
Однако есть среди них легкоузнаваемые. Например, медь. Посмотри в ячейку № 29, и ты заметишь красно-коричневый оттенок этого металла,
который он приобретает при контакте с воздухом. Абсолютно чистая медь без оксидной плёнки
имеет ещё более интересный, розовый цвет.
Вторым интенсивно окрашенным металлом
является золото. Ярко-жёлтый цвет этого металла
даже обусловил его латинское название: „aurum”
переводится как „жёлтый”. Правда, в ювелирном
деле, где золото имеет широкое применение, научились изготавливать „золотые” изделия самых
разнообразных цветов. На самом деле эта разнообразная палитра обусловлена добавлением
в сплав золота других металлов: белое золото –
сплав с палладием, красное и розовое – с медью,
зелёное – с серебром, голубое – с кобальтом, синее – с железом, фиолетовое – с алюминием и калием. Существует также несколько способов получить чёрное золото. Для этого можно покрыть
поверхность ювелирного изделия слоем чёрного
родия или рутения гальваническим методом.
Также вместо них можно применить аморфный
углерод (с использованием этой технологии изготавливают корпуса золотых часов). И ещё чёрное
золото получают, смешивая 75 % золота с 15
% кобальта и 10 % хрома, окисляя их при
температуре 700–950 °С.
А вот цвет цезия близок к цвету традиционного жёлтого золота,
но светлее. В таблице и цезий, и его
сосед сверху рубидий изображены
в ампулах. Это потому, что эти
металлы имеют низкую температуру
плавления (примерно 29 и 39 °С со-
ответственно) и при комнатной температуре находятся в полужидком состоянии. А ещё на открытом
воздухе и рубидий, и цезий мгновенно вспыхивают,
и ампула защищает нас от этой реакции.
Определить остальные металлы по цвету
очень сложно. А как ты думаешь, почему осмий
имеет вид порошка в таблице? Конечно, это хорошо демонстрирует его хрупкость. Кроме того,
именно в таком виде осмий обычно продают компании, которые производят платиновые металлы.
Металл в такой форме легко вступает в реакции, и
из него можно изготовить различные соединения
осмия. Порошок достаточно легко окисляется на
воздухе, а при нагревании на воздухе может даже
загореться. Слиток осмия сделать достаточно
сложно. Переплавить этот металл можно только
электронным лучом или дуговым нагревом. Из-за
очень высокой твёрдости и хрупкости штамповать этот металл невозможно.
А вот на вид простых веществ, соответствующих элементам из семейства лантаноидов, влияет их химическая активность. Поэтому в ячейках
элементов, вынесенных в ряд лантаноидов внизу таблицы, только сам лантан, церий и европий
имеют вид чистых металлов, ведь находятся в
ампулах, из которых выкачан воздух. Остальные
металлы окисляются. Это очень хорошо видно
на слитке иттербия. Чистая поверхность металла
имеет серебристо-серый цвет, однако из-за окисления она приобретает золотистый оттенок, как в
ячейке № 70.
Таллий также быстро окисляется на воздухе.
Свежий срез (а таллий настолько мягкий металл,
что его можно резать ножом) темнеет меньше чем
за минуту, а через некоторое время покрывается
коричневым оксидом таллия. Предотвратить это
можно, сохраняя металл в воде или в вакуумной
ампуле, как показано в ячейке № 81.
Цезій
кристали осмію
лантан
ітербію
7
8
а
сір
к
М
ам етал
ор ічн
фн ий
ий і
сел
ен
таллій
Білий
фосфор
ра – это смертельная
доза для взрослого человека. Под действием света или нагрева в вакууме
до 250–300 °С он превращается в красный фосфор.
Красный фосфор тоже ядовит, но менее химически активен. Он входит в состав смеси, которой покрывают
коробки для спичек.
В соседней ячейке – „зажигательная коллега” фосфора, сера, о наличии которой в головке спички ты, конечно, знаешь. В чистом виде сера – хрупкое вещество
жёлтого цвета в виде кристаллов.
Селен, которому в таблице отведена ячейка № 34,
тоже имеет несколько модификаций, как и фосфор.
Одна из них – аморфный селен – имеет красный цвет и
по виду очень напоминает красный фосфор. В таблице
также есть и самая распространенная модификация –
металлический селен – в виде кристаллов.
Как видим, эта таблица не отражает всё разнообразие простых веществ. Чаще всего для того, чтобы
убедиться, какое перед нами вещество, приходится
проводить химический анализ. Однако полезно знать
некоторые характерные формы существования химических элементов хотя бы для того, чтобы уметь отличить безопасную свечу от ядовитого белого фосфора,
чтобы сразу распознать ядовитые хлор и фтор и не
вдыхать их пары и во многих других потенциально опасных ситуациях. А
будущим химикам эти знания
просто необходимы!
Ж
че овти
р
м в й
фо етал они ,
сф ев й і
ор ий
кр
и
йо стал
ду и
кр
и
йо стал
ду и
Чорний
фосфор
Взглянув на ячейки лития, натрия и калия,
кто-то, плохо разбирающийся в химии, может
удивиться: почему эти металлы плавают в воде?
Да, плотность этих металлов меньше, чем у воды,
однако в стаканах, изображённых в ячейках этих
металлов, отнюдь не вода, ведь с водой они очень
бурно реагируют с образованием гидроксидов.
Возможно, в этих стаканах керосин. В керосине
сохраняют эти активные металлы для предотвращения контакта с воздухом.
А теперь оставим многочисленных представителей металлов в таблице и рассмотрим неметаллы. Наверное, все пользовались
спиртовым раствором йода. Но в ячейке № 53
вовсе не этот известный раствор. Здесь мы видим кристаллы чистого йода. Достаточно поставить запаянную стеклянную ампулу с порошком
йода на теплую поверхность (батарею отопления, газовую плиту, сушильный шкаф и т.д.), и на
холодных стенках ампулы начнут расти такие вот
кристаллы.
А в ячейке элемента № 15 фосфора,
изображены два разные на вид вещества. Удивительно? Удивительно, что только два. На самом
деле основных аллотропных модификаций фосфора четыре: белый, красный, чёрный и металлический. Некоторые ещё выделяет жёлтый фосфор, но это лишь не до конца очищенный белый
фосфор, который имеет примеси. В приведённой
таблице химических элементов ты можешь увидеть только белый и красный фосфор.
Любопытно, что впервые белый фосфор получил алхимик, пытаясь добыть из мочи золото.
Белый фосфор остаётся белым лишь в темноте
при низких температурах. Он похож на воск, как
это хорошо видно в ячейке таблицы. Белый фосфор химически активен, он горит даже под водой,
взаимодействуя с кислородом. Кроме того, белый
фосфор очень ядовит: даже 0,05 г белого фосфо-
ми
и і еви ум
ч
вти ан и с ера
Жо омар нкам Юпіт
її
п ідті ик чує и та
в утн вдя ірк
п за ту с
Іо міс ук
в ол
сп
9