От водорода до …? - Таубе Петр Рейнгольдович - Страница 60

60

В 1922 г. Ж. Урбен после многолетних работ с «редкими землями» выделил новый элемент. В честь населявших некогда территорию современной Франции древних племен, кельтов, новый элемент был назван кельтием. Выяснилось, что химические свойства нового элемента не соответствовали тем, которые он должен был иметь, соответственно месту в периодической системе элементов — 72. Исходя из периодического закона Д. И. Менделеева, химик Г. Хевеши и физик Д. Костер, отыскивая аналог циркония, естественно, искали его в минералах, заключающих последний. И действительно, в первом же минерале, подвергнутом исследованию, — норвежском цирконите — они открыли новый элемент с помощью излучения рентгеновского спектра (1923 г.). В честь древнего названия столицы Дании — Гафниа — открытый элемент назвали гафнием. Впоследствии было установлено, что гафний всегда сопутствует цирконию не только в естественных минералах, но и различных искусственно полученных препаратах. Кельтий же оказался смесью уже известных элементов редкоземельной группы. Трудность выделения гафния из природных соединений является причиной, ограничивающей его практическое использование.

Сходство химических свойств гафния и циркония и в связи с этим трудность их разделения обусловлены тем, что радиусы ионов циркония и гафния практически равны.

Гафний в два раза тяжелее циркония, плавится при более высокой температуре (2230 °C), чем цирконий. Не менее интересен такой ряд температур плавления: окись гафния — 2912°, борид гафния — 3250°, нитрид гафния — 3310 °C, карбид гафния — 3890 °C; именно поэтому нитриды тугоплавких металлов, в том числе гафния, представляют основу жаропрочных сплавов, высокотемпературных огнеупоров, твердых материалов, сплавов радио- и электротехнического назначения (болометров, резисторов, термокатодов).

Металл хирургов

73. Тантал — Tantalum (Ta)

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 сына Пелопа, желая проверить их всеведение. За это преступление Тантал был наказан голодом и жаждой. Он был «заточен» в 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, изучавшие свойства тантала, и особенно те ученые, которые пытались выделить тантал в чистом виде.

150 лет в коллекции Британского музея в Лондоне лежал ничем не примечательный минерал темного, почти черного цвета. От куска угля он отличался только очень тяжелым весом да прожилками золотистой слюды. Своей тяжестью минерал и привлек внимание химика К. Гэтчета, который исследовал неописанные минералы коллекции. Анализ показал наличие в минерале железа, кислорода и еще одного неизвестного элемента. По имени минерала, названного в честь Америки, где он был найден, — колумбита — открытый элемент назвали колумбием, а минерал … положили в коллекцию. Это было в 1801 г. Год спустя химик Экеберг в минералах Скандинавского полуострова нашел новый элемент, который из-за мучительной трудности выделения был назван танталом. Изучая свойства колумбита, некоторые исследователи все более и более склонялись к мысли, что колумбий и тантал тесно смешаны в минерале колумбите.

В 1844 г. известный немецкий химик Г. Розе доказал, что в колумбите находятся два трудно разделимых элемента — ниобий и тантал. Они же вместе присутствуют и в минерале танталите, в манганотанталите, в ферротанталите и в некоторых других редких минералах. Наконец, было установлено, что колумбий и тантал почти всегда находятся вместе и что разделить их очень трудно.

В чистом виде тантал представляет собой серо-стальной, тяжелый (плотность 16,6), тугоплавкий (плавится при 3000 °C) металл. Твердый и вместе с тем пластичный, он совмещает в себе химическую стойкость платины и ковкость золота, которое можно прокатать в тончайшие листочки. Тантал не растворим в кислотах и их смесях. Не растворяет его и «царская водка», пожирающая все металлы. Только смесь плавиковой кислоты с азотной действует на тантал.

Тантал явился конкурентом платины, он оказался незаменимым для изготовления химической аппаратуры. На одном из предприятий, использующих газообразный хлористый водород, детали аппарата из нержавеющей стали полностью разрушались за 2 месяца. Достаточно было заменить нержавеющую сталь танталом, и срок службы самых тонких частей (0,3–0,5 мм) увеличился до 20 лет. В недавнем прошлом тантал применялся для изготовления нитей в электрических лампочках, которые так и назывались танталовыми. Ныне он заменен более дешевыми металлами.

Одна из областей человеческого знания считает тантал совершенно незаменимым. Это — хирургия. В противоположность другим металлам тантал обладает замечательным свойством: вшитый в живые ткани (мышцы, кости), он совершенно не раздражает их. И это ценное свойство тантала используется в восстановительной хирургии. В виде тонких пластинок, проволоки, шурупов, гвоздей он находит себе применение в костной и пластической хирургии для скрепления обломов костей, закрывания отверстий в костях черепа и т. д. В экспериментальной хирургии с помощью тантала решаются смелые хирургические проблемы, еще недавно считавшиеся областью мечты и фантазии.

Важным сырьем для получения тантала и ниобия служат колумбитоносные граниты, залежи которых особенно велики в районе Плато Джос (Северная Нигерия). Соединенные Штаты Америки вывозят из Нигерии обогащенную руду и накапливают концентраты, ибо считают тантал важнейшим стратегическим металлом. По этому поводу один из американских писателей образно сказал: «…если говорить, что самолеты производят у нас, на нашей территории, то это фикция, потому что жаропрочные сплавы для самолетов нам дает Африка». Вот одна из причин козней и происков империалистов в Конго, Камеруне, Нигерии.

Самый тугоплавкий металл

74. Вольфрам — Wolfram (W)

Температура нити электрической лампочки превышает 2500 °C. Большинство металлов при такой температуре плавится, некоторые же кипят и быстро испаряются. В данном случае выручает вольфрам — самый тугоплавкий из всех металлов. Температура плавления вольфрама достигает 3410 °C. Трудно переоценить значение вольфрама в производстве электрических ламп, особенно если учесть, что в мире ежегодно изготавливают несколько миллиардов электрических лампочек. Несколько миллиардов! Чтобы составить себе представление о грандиозности этих цифр, достаточно сказать, что, например, миллиард минут составляет более 19 столетий. И только 61 год назад, 29 апреля 1902 г., в 10 часов 40 минут, человечество начало считать второй миллиард минут с первого дня нашего летосчисления.

В изломе куска чугуна или стали можно различить отдельные кристаллы. Иногда они крупные и видимы простым глазом, чаще — мелкие, различимые с помощью лупы или только под микроскопом. Но всегда таких кристаллов множество и, как говорят в таких случаях, кусок металла имеет поликристаллическую структуру. Совсем иначе выглядит волосок электролампы: прежде всего — это один кристалл, или, как говорят в технике, монокристалл (от греческого «монос» — один). Много усилий потратили исследователи, пока нашли условия, при которых из вольфрамового порошка можно получить монокристалл в виде проволочки большой длины. Если учесть, что температура плавления вольфрама равна 3410 °C, можно представить, как трудно его получить в чистом виде. В этом состоит, главным образом, объяснение тому, что вольфрам, открытый еще в 1781 г. и выделенный с примесями в 1783 г. Дон-Фаусто-Дель-Гюаром, был получен в чистом виде лишь через 67 лет.