От водорода до …?
Шрифт:
Для сравнения приводим некоторые данные, которыми Д. И. Менделеев характеризовал скандий (экабор) до его открытия и Нильсон — после изучения свойств открытого им элемента.
Атомный вес 45
Окись экабора состоит из двух атомов экабора и трех атомов кислорода.
Удельный вес окиси 3,5.
Сернокислая соль экабора состоит из двух атомов экабора и трех остатков серной кислоты.
Двойные сернокислые соли не будут по форме кристаллов похожи на квасцы.
Атомный вес 45,1.
Окись скандия состоит из двух атомов скандия и трех атомов кислорода.
Удельный вес окиси 3,8.
Сернокислая соль скандия состоит из двух атомов скандия и трех остатков серной кислоты.
Двойная сернокислая соль скандия и
Как видно из приведенных характеристик, между ними нет заметной разницы.
Скандий был вторым из числа химических элементов, открытых после предсказания их существования и свойств Д. И. Менделеевым на основе периодического закона. Скандий — наглядное подтверждение справедливости этого важнейшего закона естествознания.
Хотя скандия в природе (2 · 10–4 %) в два раза больше по числу атомов, принимающих участие в построении земной коры, чем свинца, он не нашел пока еще практического применения.
Исследования с помощью спектроскопа показали, что скандий в значительном количестве распространен на некоторых звездах.
Будущий титан
В древнегреческой мифологии титанами назывались бессмертные дети Геи (богини Земли) и Урана (бога Неба), исполины, великаны, вступившие впоследствии 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. В настоящее время с этим словом невольно связывается представление о чем-то огромном, могучем, всепобеждающем.
Титаном называется и химический элемент. Однако название и химический знак этого элемента произошли не от титанов и даже не от имени одного из них — Титана. Название элемента произошло от имени фантастической царицы эльфов (германская мифология) — Титании, в честь которой немецкий химик Клапрот назвал открытый им в 1797 г. химический элемент, за шесть лет до него впервые обнаруженный английским химиком У. Грегором в минерале менаканите. К слову сказать, имя Титании носит третий спутник планеты Уран, а имя Титан присвоено шестому спутнику Сатурна. В одном из музеев провели исследование имеющихся в коллекции минералов и обнаружили, что из тысячи различных минералов около восьмисот содержат титан. Минералы, содержащие титан, в природе находятся повсеместно. В СССР наиболее крупные месторождения таких минералов имеются на Урале. Титан есть в почве и растениях, в воде рек и озер. От общего числа атомов земной коры титана (0,2 %) несколько больше, чем углерода (0,14 %). В отличие от углерода титан рассеян и редко образует крупные скопления. Углерод же встречается в угольных пластах толщиной иногда в десятки метров. Хотя титан известен сравнительно давно, в чистом виде он был получен лишь в 1910 г. американским химиком Хантером. Свойства этого элемента оказались поистине «титаническими». Он тугоплавкий (плавится при 1665 °C), легкий (плотность 4,5) и вместе с тем очень стойкий на воздухе и даже в морской воде, которая так легко разрушает железо. Высокая стойкость титана к действию морской воды дает возможность изготовлять из него обшивку судов, которая не требует антикоррозионной защиты (кусок титана после 120 дней пребывания в морской воде никаких признаков разрушения не имел). Особенно замечательна способность титана жадно поглощать газы и давать прочные соединения с азотом и углеродом. Это затрудняет, с одной стороны, получение титана в чистом виде, а с другой, — обеспечивает титану самое широкое применение в технике для удаления газов из расплавленных металлов. Титан входит не только в стали, но и в бронзы, латуни, сплавы алюминия. Добавление титана к стали придает ей твердость и эластичность. Такая сталь идет на изготовление рельсов, вагонных осей, колес и т. д.
Титан легко поддается механической обработке. Он хорошо куется, легко прокатывается в листы, ленты и даже фольгу. Будучи немного тяжелее алюминия, но в 6 раз прочнее его, титан — будущий соперник алюминия.
Сочетание легкости с большой механической прочностью, тугоплавкостью и трудной окисляемостью делает титан ценнейшим строительным материалом новейшей техники. Поэтому титан и получаемые на его основе сплавы идут на изготовление лопаток газовых турбин, фюзеляжей и кабин высотных самолетов, дисков компрессоров, защитной брони, жаропрочной химической аппаратуры, режущих инструментов и многого другого.
Преодоление «звукового» и «теплового» барьеров в скоростной авиации, а также «подъем потолка» реактивных самолетов был бы невозможным без титана и его сплавов. Несомненно, что в технике ближайшего будущего титану будет принадлежать ведущее место.
Как ни печально, но картины признанных мастеров кисти прошлых веков постепенно теряют свои художественные качества.
Надевая рубашку из искусственного шелка, имейте в виду, что в нем есть двуокись титана, которая придает ткани матовый оттенок. Эмали, глазури, тугоплавкие стекла также содержат этот окисел. Некоторые соединения титана нашли применение в радиотехнике, так как обладают по сравнению с природными материалами огромной диэлектрической постоянной.
Автомобильный металл
Известный «автомобильный король» Форд сказал: «Если бы не было ванадия, — не было бы автомобиля». Незначительная добавка (0,2 %) ванадия к обычной стали сообщает ей целый ряд ценных свойств: увеличивается ее упругость, прочность на истирание и сопротивление разрыву, что особенно важно для таких ответственных частей автомобиля, как рессоры, оси, валы, шестерни. Из ванадиевой стали изготовляют автомобильные моторы, паровозные цилиндры, тормозные колодки. Если бы не ванадиевая сталь, автомобиль весил бы в два раза больше, в два раза увеличился бы расход горючего, износ покрышек, сократился срок службы дорожного покрытия. Поэтому ванадий образно и называют «автомобильным металлом».
В технике строительства мелких морских кораблей, гидросамолетов, глиссеров нашел применение сплав, имеющий звучное название «ванадал», который состоит из алюминия и ванадия и обладает не только высокими механическими свойствами, но и отличной устойчивостью против разрушающего действия морской воды.
Нужно заметить, что ежегодно на земном шаре добывается не более 5 тыс. т ванадия, т. е. всего лишь в 5 раз больше, чем золота. Между тем на земле ванадия сравнительно много, он составляет 0,005 % от общего числа атомов земной коры, что при переводе в тонны дает грандиозное количество. Ванадий входит в состав более пятидесяти минералов, обнаружен даже в составе метеоритов, но … богатые месторождения его минералов встречаются весьма редко. Ванадий — элемент, рассеянный повсюду, поэтому руды, содержащие всего один процент ванадия, считаются чрезвычайно богатыми. Для промышленного получения ванадия используют и такие руды, в которых ванадия всего 0,1 %.
В земной коре ванадия больше, чем таких распространенных металлов, как цинк, медь, олово, свинец. Если посмотреть на карту крупных промышленных месторождений ванадия, то бросается в глаза, что многие из них — Колорадо (минерал карнотит), Перу (минерал патронит), юго-запад Африки — находятся в районах с сухим и жарким климатом. В СССР главным источником получения ванадия служат железные и полиметаллические руды (руды, содержащие несколько металлов).
Каждому понятно, что когда есть возможность без ущерба для производства заменить драгоценные металлы более доступным и дешевым материалом, ее немедленно используют. Поэтому, как только в Одесском химическом институте была установлена возможность замены в производстве серной кислоты платинированного асбеста (асбест с нанесенным на него порошком платины) окислом ванадия, на наших заводах сразу же приступили к внедрению изобретения в производство. Впервые такая замена была осуществлена еще в предвоенные годы на одном из заводов Донбасса. Ныне большинство заводов мира в производстве серной кислоты применяют в качестве катализатора не платину, а соединения ванадия. Помимо сернокислотной промышленности, соединения ванадия применяются в резиновой, стекольной и керамической промышленностях.