Из истории металлов

Семь металлов создал свет
По числу семи планет:
Медь, железо, серебро...
Дал нам космос на добро.
Злато, олово, свинец...
Сын мой, сера - их отец.
И спеши, мой сын, узнать:
Всем им ртуть - родная мать.
Н. Морозов

Со времен Коперника Солнце перестало быть планетой и оказалось в центре мироздания. Но олицетворять золото не перестало. Луне досталось серебро. Марсу – железо, Венере – медь, Юпитеру – олово, Сатурну – свинец, Меркурию – ртуть.

Как ни странно, но до 1739 года человечеству было известно только семь металлов. Металлический мышьяк, открытие которого приписывают Альберту Великому в 1250 году, еще не признавали металлом. Но Ломоносов считал его уже полуметаллом.

Итак, речь пойдет о металлах. Не о всех, конечно, а тех, которые обладают суперспособностями, но без рейтинга. Здесь победителя не определяем. Это будет что-то вроде хит-парада удивительных свойств.

1. Ртуть

Самый жидкий металл. Температура его плавления составляет -39 градусов Цельсия. На этот металл чуть ли не молились. Ртуть и сера, соединяясь в разных количествах, должны дать разные металлы. Исходя из этих соображений, родилась ртутно-серная теория, авторство которой приписывают Джабиру ибн Хайяну, основоположнику экспериментальной химии.

В земле созревание металлов происходит постепенно и медленно. Чтобы ускорить этот процесс, нужно найти некий эликсир. Он то и приводит к изменению соотношения ртути и серы в металлах и превращает их, в первую очередь, в золото и серебро.

Естественно, ничего кроме киновари HgS получать не удавалось. Но зато мы открыли удобный способ дезактивации ртути, которая очень ядовита. Я уже как-то писал, что в 1947 году американскими физикам удалось при бета-распаде из 100 мг ртути получить целых 35 мг золота, которым сейчас любуются в Чикагском музее науки и промышленности. Здорово! Но очень дорого.

2. Галлий

Второй жидкий металл, тает в руках как шоколадка. Температура плавления 29 градусов Цельсия, правда, кипит при 2230 градусов. Дмитрий Иванович Менделеев оставил для него место в таблице элементов и назвал его экаалюминий. Галлий есть на почтовой марке СССР 1969 года. Элемент выделен мной.

3. Титан

Легкий, но в то же время один из самых твердых металлов. Кое-кому в детстве удавалось увековечивать свое имя на стеклах автобуса с помощью кусочка титана. Применяется для создания титановых сплавов, обладающих твердостью с идеальным балансом прочности, пластичности и жаропрочности.

Времена, когда «купола в России кроют чистым золотом», прошли. На смену пришла технология покрытия подложки из нержавеющей стали нитридом титана TiN. В 1996 году перед Ю. Лужковым стояла дилемма: купола Храма Христа Спасителя покрыть сусальным золотом на медной основе или нитридом титана. Чем закончилось, мне достоверно не известно. Но в моем родном городе был выбран второй вариант. И успешно.

Диоксид титана TiO2 применяется в пищевой промышленности в качестве добавки Е171 — белого красителя-отбеливателя при производстве сухого молока и быстрых завтраков. Приятного аппетита!

4. Вольфрам

Свое название металл получил еще за 200 лет до открытия. Wolf Rahm означает «волчьи сливки». В Германии, при выплавке олова из руды, присутствующий вольфрамит переводил олово в пену шлаков. «Пожирал олово как волк овцу». Один из самых тугоплавких металлов, температура плавления составляет 3422 градусов Цельсия. Несмотря на твердость, из него можно получить проволоку и спиральную нить накаливания для ламп.

Вольфрам, который всех победит, представляет не что иное, как карбид вольфрама или «победит». Используется для изготовления режущего инструмента в металлообработке. И еще как наконечники бронебойных снарядов и пуль.

5. Уран и плутоний

Металлы, которые используют как топливо. Причем не на молекулярном, а на атомном уровне. Уран — это который U-235. Еще его называют «легким топливом». Цепная реакция деления начинается с первого шага – быстрый нейтрон делит атом урана на атомы бария и криптона с выделением большого количества энергии и еще двух нейтронов. При непременном условии – число вторичных нейтронов должно быть больше первичных.

Второе непременное условие – нужна критическая масса этого изотопа, а в природе его только 0,7204%. Поэтому уран сначала накапливают (обогащают) чисто физически на центрифугах, чтобы получилось 50 кг (диаметр сферы 17 см). Оставшийся обедненный уран представляет собой в основном изотоп U-238, тяжелый и твердый как вольфрам. Используют его там, где надо бить. Об этом хорошо помнят в бывшей Югославии.

Обогащенный, но еще не разделенный U-238, может захватывать избыточные нейтроны. При этом происходят ядерные реакции для получения плутония, который Pu-239 («тяжелое топливо») с критической массой 11 кг и диаметром сферы 10 см.

Проект Манхэттен (США) и Урановый проект (СССР) требовали не инженеров и не физиков, а инженеров-физиков. В 1942 году был построен ядерный реактор для осуществления управляемой ядерной реакции, чтобы не превысить критическую массу. Назван он был «Чикагская поленница». Руководил проектом Энрико Ферми.

Реактор, действительно, напоминал сложенную из брикетов поленницу, высотой 6 м, содержащую 5,4 тонны металлического урана, 45 тонны оксида урана и 360 тонны графита. В СССР первый атомный реактор Ф-1 или «котел», был запущен в 1946 году в Москве, в районе Октябрьского Поля, под руководством И. Курчатова. Здесь «сварили» первые значительные весовые количества оружейного плутония.

За Манхэттенский проект отвечал Роберт Оппенгеймер, отец-основатель американской теоретической школы физики, который, с помощью набора слесарных инструментов, сумел показать Японии, что такое U-235 (Хиросима) и Pu-239 (Нагасаки). Такая она, бельгийская толерантность!

В США все гораздо проще и прямолинейнее. Американцы посчитали, что атомные бомбардировки просто приблизили окончание войны.

6. Осмий и иридий

Это самые тяжелые металлы с плотностью 22,6 г/куб. см. Осмий чуть тяжелее на сотые доли граммов. Оба из платиновой группы. Получены из нерастворимого остатка платины в царской водке. Осмий летуч, на воздухе окисляется до OsO4 и противно пахнет гнилой редькой. Ядовит.

Иридий – это самый стойкий металл. В виде слитка он не растворяется ни в каких кислотах и их смесях. Вообще! Поэтому из платиноиридиевого сплава был сделан эталон килограмма веса. За десятилетия хранения и он стал терять вес. С 20 мая 2019 года ввели новый эталон меры веса в виде сферы из кремния-28. Есть еще второй вариант в виде электронного килограмма (весы Киббла). Весы в магазинах тоже ведь стали электронными. Но здесь без… (понятно, без чего) сразу и не разобраться. Как настроишь, так и поторгуешь.

7. Литий

Самый легкий металл, почти в два раза легче воды. И самый неактивный из щелочных металлов. Он нам хорошо знаком. За создание литий-ионных батарей в 2019 году Джон Гуденаф, Стэнли Уиттингем и Акиро Ёсино были удостоены Нобелевской премии по химии.

8. Франций

Один из самых редких металлов. В земной коре его около 340 грамм. Это еще один элемент, предсказанный Д. Менделеевым как экацезий. Все изотопы франция радиоактивны, самый долгоживущий Fr-223 имеет период полураспада 22,3 минуты. Потому франция так мало, и он практически нигде не используется. Даже во Франции.

9. Калифорний

Калифорния в этом мире нет совсем. Его производят путем длительного облучения нейтронами в ядерном реакторе в течение 1,5 лет по схеме Плутоний-Америций-Кюрий-Берклий-Калифорний. Из 10 кг плутония-239 получают 1 грамм калифорния-252, самого дорогого промышленного металла. Его стоимость просто зашкаливает. Правда и мировая годовая потребность не превышает 80 микрограмм. Используется как источник нейтронов в различных исследованиях, например, в таком месте:

10. Радий

Довольно редкий и самый культовый металл первой трети ХХ века. С него началась эра радиоактивных материалов. С момента открытия этого элемента – более, чем за сто лет – в мире получено около 1,5 кг чистого материала. Одна тонна урановой смолки, из которой супруги Кюри выделили радий, содержала лишь около 0,1 г радия-226, самого устойчивого изотопа.

Радию приписывали чудодейственные свойства. Видимо, тогда и появились выражения: «Ваше лицо сияет», «Ваши зубы ослепительны». Его стали добавлять в косметику для лица и в зубную пасту.

А можно было еще съесть шоколадку с радием и запить радиоактивной водой.

Только в 1937 году, во Франции, радий, и ему подобные элементы (торий, в первую очередь), прировняли к токсичным ядам и запретили продавать в аптеках.

Александр Платонов

Другие статьи автора: 

С радиацией по жизни

Коллекция без претензий

Что в имени моем тебе…

Из историии мореплавания

Все гениальное просто. Или нет?

Едут-едут по Пекину наши казаки

Созвездие кактусов

Исаак Ньютон и его яблоко

Певец русской природы

А рельсы-то, как водится, у горизонта сходятся

Мятежный «Баунти». По следам золотоносного «Оскара»

Красота и привлекательность Фибоначчи

Из истории изобретения автомобиля

Отсюдова и дотудова. Почему мы так измеряем

Первая энциклопедия математических знаний России

Вильгельм Рентген и его всепроникающие Х-лучи

Самое непростое простое солнечное вещество