Химические элементы

Сплавы натрия с калием применяются в атомной энергетике, более подробно об этом мы расскажем чуть позже.

Несколько интересных фактов:

– Натрий под давлением в 194 гПа становится прозрачным, а также теряет способность проводить электрический ток, становясь диэлектриком.

– Работы с натрием следует производить в защитных перчатках, так как он может прореагировать с водой на поверхности кожи с образованием едкой щелочи NaOH. А она оставляет сильные химические ожоги на коже.

– Пары натрия можно было бы использовать в качестве дешевых и эффективных ламп, но желтый свет, излучаемый такими лампами придает коже человека неестественный цвет.

– Натрий значительно дешевле по сравнению с другими щелочными металлами. 1 кг натрия в среднем стоит 1500 рублей, что в 2,3 раза меньше стоимости лития.

– Группа российского ученого А.Р. Оганова обнаружила под очень высоким давлением удивительные, с точки зрения классической химии, соединения натрия и хлора: NaCl

, NaCl

, Na

Cl

, Na

Cl и Na

Cl.

Калий. Мягкий металл

Следующий элемент – калий. Он нашел свое применение в виде сплава с натрием. Такой сплав калия и натрия используют в качестве теплоносителя на атомных станциях. Обладая высокой температурой кипения (600-700°С), этот сплав отводит тепло от атомного реактора и передает его паронагревателю, чтобы привести в движение турбину. Калий-натриевый сплав лучше воды, так как имеет более высокую температуру кипения, не вызывает коррозию труб, по которым течет. Коррозией называют разрушение сплава из-за контакта с различными химическими веществами. Например, ржавчина – продукт коррозии железа, которая вызвана контактом с водой и кислородом.

Калий широко применяется как в чистом виде, так и в виде соединений. Например, бромид калия (Kbr) используют в медицине в качестве успокоительного. С его помощью также можно обнаружить пары хлора в атмосфере. Бумажка, смоченная бесцветным раствором бромида калия, при взаимодействии с хлором коричневеет. Говоря научным языком, хлор замещает бром в его соединении с калием.

Карбонатом, хлоридом и нитратом калия (K

CO

, KCl, KNO

соответственно) удобряют землю, ведь калий – важнейший биогенный элемент. Биогенными называют те элементы, которые постоянно входят в состав живых организмов и выполняют в них какую-то конкретную функцию. А вот нитрат калия KNO

использовался не только в мирных целях: он является важнейшей составляющей черного пороха. Перманганат калия KMnO

применяется для дезинфицирования ран. Особую роль ионы калия играют в организме человека, принимая непосредственное участие в проведении нервного импульса, поддержании кислотно-щелочного баланса.

Калий составляет примерно 2,5 % массы земной коры. Как и натрий, встречается в составе различных минералов, например, ортоклаза K

O?Al

O

?6SiO

, также большое количество калия растворено в морской воде.

Рубидий. Усыпляющий и обезболивающий

В отличие от лития, натрия и калия, которые хранят в железных тарах под слоем керосина, рубидий хранится в стеклянных запаянных ампулах, внутри которых инертная атмосфера или же вакуум. Связано это с тем, что рубидий более активный.

Рубидия в земной коре значительно больше чем лития, однако в разы меньше чем калия или натрия. Так Rb составляет 1,5?10

% массы земной коры. Кроме того, рубидий, в отличие от предыдущих рассмотренных нами металлов, относится к рассеянным. Нет, рубидий не страдает человеческими заболеваниями. Это означает, что рубидий практически не встречается в виде самостоятельных минералов или концентрированных залежей, а является всего лишь примесью в различных минералах других более распространенных элементов (рубидий – спутник калиевых минералов).

Рубидий и его соединения нашли применение как в медицине и оптических приборах, так и в катализе. Например, ацетат рубидия CH

COORb используется для изготовления метанола (CH

OH) и высших спиртов – органических соединений, которые содержат от 6 до 22 атомов углерода и одну гидроксильную группу – OH.

В организме человека рубидий находится в виде катионов Rb

, которые выполняют роль антиоксидантов, уничтожая свободные радикалы. В химии свободными радикалами называют те соединения, которые имеют неспаренные электроны. Кроме того, этот щелочной металл борется с окислителями – соединениями, склонными отбирать электроны у других. Типичными окислителями в быту являются марганцовка и перекись водорода (H

O

). Врачи же прописывают пациентам препараты, содержащие рубидий, в качестве снотворных и болеутоляющих.

Также различные соли рубидия, например, RbF выполняют роль электролитов в топливных элементах. Электролитами химики называют те соединения, которые способны в воде распадаться (по-научному диссоциировать) на положительные и отрицательные частицы (ионы). Раствор электролитов проводит электрический ток, то есть в нем происходит движение заряженных частиц к положительному и отрицательному полюсам в зависимости от заряда частиц. Пары рубидия используют в сверхточных атомных часах.

Надо сказать, стоит этот металл очень дорого – примерно 400 тыс. рублей за килограмм.

Франций. Элемент, который никто не видел

Франций интересен по нескольким причинам: его никто и никогда не видел, и скорее всего не увидит; это самый тяжелый и самый активный щелочной металл; его можно считать самым неустойчивым из первых ста элементов таблицы Менделеева. Самый долгоживущий изотоп франция

Fr имеет период полураспада[2 - Период полураспада – промежуток времени, в течение которого распадается половина ядер радиоактивного изотопа.] 22 минуты. Эти свойства, сочетающиеся в одном элементе, создали трудности в открытии этого элемента и изучении его свойств.

Открыла франций ученица Марии Склодовской-Кюри – француженка Маргарита Перей 9 января 1939 года. Но путь открытия был не прост. Существование данного элемента предсказал еще сам Д. И. Менделеев. Основываясь на свойствах других щелочных металлов, он предсказал свойства франция, например, что этот элемент будет сильнее, чем цезий, реагировать с водой и при комнатной температуре будет жидким. В то время он дал францию название экацезий.

Так как франций очень реакционноактивный, то на земле он может встречаться в виде каких-то соединений, а не в чистом виде. Причем растворимость солей франция выше, чем у солей других щелочных металлов, так как при переходе от лития к цезию растворимость солей возрастает.

На основе этих предположений ученые делали многочисленные попытки найти данный элемент. Где в мире встречаются соли щелочных металлов? Правильно – в морях, они соленые. Моря полны солей щелочных металлов. А в каком море больше всего этих солей? Правильно – в мертвом море. Поэтому, ученые, занятые поисками франция, совершали экспедиции на мертвое море. Ведь если его и можно было где-то найти в природе, то именно там. Однако исследования не давали положительного результата и ученые не могли найти новый элемент.

Так бы этот элемент остался неизвестным, если бы ученые не открыли явление радиоактивности, о котором мы поговорим позже.

Маргарита Перей занималась изучением цепочки распада актиния. В какой-то момент своих исследований она получила раствор, который должен был содержать соли щелочных металлов и не быть не радиоактивным. Проведя мысленный анализ полученных данных и сравнение со всеми известными радиоактивными изотопами других элементов, она пришла к выводу, что обнаружила какой-то радиоактивный изотоп щелочного металла. А так как исходным был актиний – тяжелый элемент, то полученный изотоп принадлежал тяжелому щелочному металлу. И это был явно не цезий. Открытый элемент сначала был назван «Актиний-К», а затем переименован в честь своей родины во франций.

Открыть открыли, теперь необходимо изучить физические и химические свойства. Как это сделать, ведь в чистом виде элемент не был получен? Основные исследования свойств франция проводились на бумаге. На основе закона о радиоактивном равновесии было посчитано, что на всей земле всего 500 граммов

Fr.