От водорода до …?
Шрифт:
В год распоряжения Канкрина о чеканке монет профессор Юрьевского университета Озанн, исследуя образцы уральской платины, пришел к заключению, что платину сопровождают три новых металла. Один из них Озанн назвал полураном, второй — полином, а третьему в честь латинского названия России — Рутения дал имя — рутений. «Открытие» Озанна химики встретили с недоверием. Особенно протестовал шведский химик Берцелиус, авторитет которого в то время был поистине мировым. Возникший между Озанном и Берцелиусом спор взялся разрешить профессор химии Казанского университета К. К. Клаус. Получив в свое распоряжение небольшое количество остатков от чеканки платиновой монеты, Клаус обнаружил в них новый металл, за которым и сохранил название рутений, предложенное Озанном. 13 сентября 1844 г. Клаус
Желая ознакомить иностранных ученых с открытием нового элемента, Клаус послал образец металла Берцелиусу. Ответ Берцелиуса был по меньшей мере странным. Имея в руках новый элемент с подробным описанием свойств, он не согласился с мнением Клауса. Берцелиус заявил, что полученный от Клауса металл есть «проба нечистого иридия», давно известного элемента. Позднее Берцелиус вынужден был признать свою ошибку.
Открытый элемент был в дальнейшем тщательно исследован. Изучение химических свойств рутения показало ряд интересных особенностей его химических соединений. Однако отсутствие сколько-нибудь значительных запасов этого металла в земной коре (встречается в лаурите — редком минерале, о-в Борнео), трудность добычи и отделения от других спутников платины до сих пор препятствуют применению рутения. Как только геологи обнаружат значительные месторождения этого элемента в каких-нибудь малоизученных районах или в глубоких слоях земной коры, элемент рутений займет достойное место в практической деятельности человека. О рутении во всех книгах сказано весьма немного: крайне редок и поэтому не нашел достаточного применения. В чистом виде рутений находит применение в изготовлении термопар, а также как катализатор при синтезе аммиака. В сплавах рутений используется в ювелирном деле, некоторые соли находят применение в лабораторной технике при изготовлении микроскопических препаратов.
По внешнему виду рутений — металл, похожий на железо, твердый, тугоплавкий, с трудом растворяющийся в царской водке, обладает сильными каталитическими свойствами.
Еще один спутник платины
В начале XIX в. английский химик и физик В. Волластон занялся тщательным анализом платиновых руд, и его труд был вознагражден сразу двойной удачей. В платине он обнаружил два неизвестных металла. Один из них за розовый цвет растворов своих солей был назван родием (по-гречески «родон» — розовый). Родий постоянно сопутствует платине, изредка встречается в самородном состоянии в золотоносных песках. Платина относится к числу малораспространенных элементов, а родия в природе в 2,5 раза меньше платины. Если учесть, что отделение родия от платины и других ее спутников представляет значительные технологические трудности, то станет понятным и редкость, и высокая стоимость родия.
Родий — металл исключительно стойкий к действию многих веществ. Он не растворяется не только в обычных кислотах, но и в царской водке. Температура плавления родия — около двух тысяч градусов (1966 °C). В жидком состоянии родий растворяет до семи процентов углерода, а при охлаждении выделяет растворенный углерод в виде графита. Если бы родий был более доступным металлом, его можно было бы применять для получения чистейшего графита, столь необходимого во многих отраслях современной техники. Родий обеззараживает воду. Такая бактерицидная способность родия весьма ценна для очищения воды от болезнетворных микроорганизмов. Возможно, что в недалеком будущем родий получит применение в лечебных целях.
Все спутники платины известны как хорошие катализаторы, особенно в состоянии большого измельчания, как говорят химики, в виде «черни».
Большинство металлов в компактном состоянии обладает специфическим, так называемым металлическим блеском и «белым», «светлым» цветом. Исключение составляют медь, золото и немногие другие цветные металлы, у которых сохраняется свой характерный для них цвет и при измельчении. Однако тонкие порошки других металлов имеют серый цвет, а тончайший порошок — черный или почти черный. Отсюда и химическое, а затем и техническое название — «чернь».
Родиевая «чернь» растворима в кислотах, в то время как родий в слитке, как уже указывалось, нерастворим даже в царской водке. Каталитическая активность родиевой «черни» настолько велика, что винный спирт быстро переходит в ее присутствии в уксусную кислоту. К тому же родиевый катализатор стоек против ядов, отравляющих катализаторы.
В чистом виде родий применяется для изготовления точнейших пирометров, деталей измерительных астрономических приборов, а также для зеркал и рефлекторов осветительных установок.
Уступая серебру в отражательной способности, в отличие от него родий не тускнеет с течением времени.
Предупредитель угара
В 1902 г. немецкий астроном Г. Ольберс, обнаруживший на основе вычислений немецкого математика К. Гаусса потерянную вскоре же после открытия первую малую планету Цереру, открыл вторую малую планету солнечной системы, которая была названа Палладой.
Год спустя В. Волластон нашел еще одного представителя семейства платиновых металлов и назвал его по имени недавно обнаруженной планеты палладием.
Незначительные примеси палладия встречаются в платиновых рудах и в золотоносных песках, т. е. разрушенных горных породах. Значительно реже палладий находится в виде естественных сплавов с платиной, иногда с золотом или серебром. Во многих отношениях палладий сходен с металлами платиновой группы, но есть и некоторые существенные отличия. Эти отличия состоят прежде всего в том, что палладий является самым легкоплавким и легким из них: температура плавления его немного превышает 1550 °C, а плотность равна 12. Впрочем эта оговорка может показаться и не совсем удачной: ведь у многих металлов температура плавления значительно ниже. Например, железо плавится при температуре на полтора десятка градусов ниже палладия и в полтора раза легче его.
…Если в стеклянной колбе смешать два объема водорода и один объем кислорода, то при комнатной температуре такая смесь может сохраняться очень долго. Нагревание смеси до 400 °C приводит к тому, что водород и кислород полностью соединяются и образуют воду. Если же в смесь этих двух газов внести палладий, то уже при комнатной температуре из газов быстро образуется вода. Палладий является энергичным катализатором многих химических реакций. Как и другие катализаторы-металлы, палладий проявляет особенно сильно каталитические свойства в виде черни. Каталитические свойства палладия, очевидно, связаны с его исключительной способностью поглощать, или, как говорят химики, окклюдировать, в себе некоторые газы и особенно водород. Один кубический сантиметр палладия поглощает более семисот кубических сантиметров водорода. При этом прочный металл увеличивается в объеме, вспучивается и даже дает трещины. Нечто подобное можно наблюдать при набухании резины в бензине и маслах. Известно, что если закрыть склянку с бензином резиновой пробкой, ее потом нельзя вытащить: она разбухает от поглощения бензина.
С поглощением или растворением водорода в палладии связано и другое удивительное свойство этого металла: способность пропускать сквозь себя водород. Через перегородку толщиной в один миллиметр и площадью в один квадратный сантиметр проходит более сорока кубических сантиметров водорода в минуту при температуре 240 °C. При более высокой температуре просачивание водорода увеличивается. Таким образом, наши обычные представления о металле как о прочной преграде для газов не всегда оказываются верными.