Глава 7. Металлы

К металлам относятся химические элементы, способные отдавать валентные электроны. Они образуют простые вещества, обладающие металлическим блеском, пластичностью, высокой электропроводностью и теплопроводностью. По положению в периодической системе различают непереходные металлы и переходные. Первые расположены в главных подгруппах, и у них последовательно происходит заполнение s- и р-подоболочек (металлы подгруппы А). Место вторых-в побочных подгруппах. У них осуществляется достраивание d-и f-подоболочек (металлы подгруппы Б).

В настоящее время известно 85 металлов (из 107 химических элементов). Некоторые из металлов открыли только в нашем веке, другие были известны с глубокой древности. Само название "металлы" происходит от слова металлом, что означает копи, рудники.

Каждый период в системе Д. И. Менделеева начинается типичным металлом-щелочным.

I группа. Когда знаменитый итальянский физик А. Вольта в 1799 г. изобрел источник постоянного тока (вольтов столб), вряд ли кто мог предугадать, что был создан способ получения в чистом виде многих простых веществ, среди которых значительное место займут металлы. Уже в 1807 г. Г. Дэви, используя этот способ, получил два новых элемента. Подвергая разложению электрическим током влажный гидроксид калия, он наблюдал появление маленьких шариков "с сильным металлическим блеском", одни из которых "сгорали со взрывом и с появлением яркого пламени", другие же "только тускнели" и покрывались белой пленкой. Этот металл Дэви назвал потассием (от латинского поташ, как называли карбонат калия, из которого получали гидроксид). При электролизе гидроксида натрия был выделен в свободном виде другой элемент, похожий на первый. Ему было дано имя содий (от латинского сода-карбонат натрия). Такие названия новых элементов сохранились в Англии, США, Франции. В русском же и немецком языках они были заменены другими. Слово калий ввел в химию в 1808 г. немецкий ученый Д. Гильберт (от арабского ал-кали-зола морских водорослей). Он же предложил называть содий натро-нием, так как еще с глубокой древности любую щелочь называли натрон. Я. Берцелиус в 1811 г. сократил это название до натрия. В России названия "калий" и "натрий" были введены в 1831 г. Г. И. Гессом.

Гемфри Дэви (1778-1829)

Эти два элемента (наряду с другими) входят в состав многих минералов, которые при разрушении превращаются в растворимые соединения.

Натрий является жизненно важным элементом, поскольку участвует в водно-солевом обмене в организме животных и человека, содержится в эритроцитах и сыворотке крови. Он применяется в производстве ламп накаливания, дающих яркий золотисто-желтый свет. Натрий-восстановитель таких металлов, как тантал, титан, цирконий, а жидкий натрий применяют в качестве теплоносителя в некоторых атомных реакторах.

Калий встречается в природе в виде трех изотопов: ³⁹К (93,08%), ⁴¹К (6,76%) и ⁴⁰К (0,02%). Последний радиоактивен, его период полураспада 1,32 ⋅ 10⁹ лет. При этом выделяется достаточно большое количество тепла; предполагают, что 40К играл и играет существенную роль в формировании теплового режима Земли.

Как и натрий, калий является элементом жизни: катион К+ участвует в важных биохимических процессах.

Пероксиды натрия Na₂O₂ и калия К₂O₄ применяются для регенерации воздуха (например, в подводных лодках) :

Сплавы натрия и калия служат для осушки газов, для отвода тепла в атомных реакторах, в производстве титана и во многих других процессах.

В 1817 г. шведский химик Иоганн Арфедсон обнаружил в минерале петалите новый металл. В следующем году Дэви получил небольшое количество этого металла при электролизе расплава его гидроксида. По предложению Берцелиуса этот элемент, полученный из камня, был назван литием (от литое - камень).

Литий входит в состав большого числа (около 150) минералов, обнаружен в некоторых растениях (бурые и красные водоросли, лютик, татарник и др.). Он нашел применение в ядерной энергетике как теплоноситель, его же можно использовать и как источник промышленного получения трития, являющегося потенциальным "горючим" для термоядерных реакторов. Литий применяют в производстве эмалей и глазурей, специальных "опаловых" стекол; вводят в состав алюминиевых сплавов для повышения их прочности и снижения плотности, свинцовых-для увеличения твердости и т.д. Гидрид лития (LiH) является своеобразным "хранилищем" водорода-из 1кг его можно получить 2,8 м3 газа. Наконец, использование лития в аккумуляторах ведет к снижению их веса, увеличению мощности.

Следующие щелочные элементы были открыты немедкими учеными Р. Бунзеном и Г. Кирхгофом с помощью спектрального анализа: в 1860 г. цезий (от латинского небесно-голубой - за две характерные линии в синей части спектра), а в 1861 г. - рубидий (от латинского темно-красный-за. линии в красной части спектра). В чистом виде вначале был получен рубидий (Бунзен, 1863), а затем цезий (шведский химик К. Зеттерберг, 1882). Эти металлы нашли применение в фотоэлектронике для изготовления фотоэлементов.

А вот последний из щелочных металлов был открыт только в 1939 г. Маргаритой Пере, ученицей Марии Склодовской-Кюри. В честь своей родины Пере назвала его францием. Он оказался самым активным из всех щелочных элементов и к тому же радиоактивным: период полураспада самого долгоживущего изотопа 223Fr составляет 22 мин.

В I же группе, но уже в побочной подгруппе, находятся еще три элемента - медь, серебро, золото. В их атомах появляется d-подоболочка, содержащая 10 электронов, часть которых может принимать участие в образовании химических связей: у меди и серебра-по одному d-электрону (наряду с одним s-электроном), а у золота-два d-электрона и один s-электрон. Таким образом, медь и серебро проявляют высшую степень окисления + 2, а золото + 3.

В отличие от щелочных, металлы подгруппы меди при обычных условиях малоактивны, а поэтому находятся в природе как в самородном виде, так и в виде соединений (серебро и особенно медь). Эти металлы были известны человеку еще с глубокой древности, а их "профессии" мало изменились за прошедшие века, но добавились новые.

Золотом покрывают различные изделия в точном приборостроении, большую часть серебра используют в фото- и кинопромышленности, для покрытия ответственных радиодеталей и т.д. Медь сейчас является одним из основных металлов электротехники. Отметим еще, что медь участвует в процессе фотосинтеза, с ее помощью осуществляется синтез белков, крахмала, сахара, витаминов в организме; она способствует усвоению азота растениями.

II группа. История знакомства человека с элементами II группы значительно короче: их открыли в конце XVIII-начале XIX вв., и только ртуть знали до н.э., да цинк получили в металлическом виде в XVI в. Соединения же элементов II группы были известны гораздо раньше. Так, негашеную известь получали при обжиге известняка еще до н.э.; примерно тогда же использовали цинковые руды для получения латуни.

До 1774 г. минерал тяжелый шпат (сульфат бария) путали с известняком, считая их двумя разновидностями одного и того же соединения. Карл Шееле установил, что тяжелый шпат содержит неизвестную землю, которую назвали баритовой. В 1790 г. шотландский врач А. Крауфорд, изучая минерал стронцит, пришел к выводу, что он содержит новую землю. Сами элементы путем электролиза выделил Дэви (1808). Первый назвали барием (от барюс-тяжелый), второй-стронцием (от названия минерала, в состав которого он входит). В том же году Дэви открыл кальций (от латинского слова, означающего известь) и магний (от латинского магнезиум - названия соли, в которой он содержится). А через два десятилетия Ф. Вёлер и Э. Бюсси получили в виде металла бериллий, названный так по имени драгоценного камня берилла, где он был обнаружен (бериллий открыт в 1798 г. французским химиком Л. Вокленом).

Наиболее распространенным в земной коре из всех элементов главной подгруппы этой группы является кальций, он занимает пятое место среди всех элементов (2,96% по массе), шестое принадлежит магнию (2,1%), остальные элементы встречаются значительно реже.

Отметим, что кальций-активный восстановитель, его для получения ванадия, бериллия, тантала некоторых других металлов (калъциетермия), он, кроме того, используется в производстве специальных сплавов.

Значение кальция для живых организмов общеизвестно. Остановимся только на одном примере. В 60-х годах нашего столетия американские ученые обнаружили, что животные способны вырабатывать условные рефлексы только в том случае, если в клетках мозга содержится кальция больше, чем в крови. При снижении содержания кальция в мозге условные рефлексы исчезают.

Стронций используют для поглощения газов в электровакуумной технике, для раскисления меди и бронз, для получения сплавов, а его радиоактивный изотоп ⁹⁰Sr применяют в атомных электрических батареях. Соединения стронция вводят в пиротехнические составы (они дают красный цвет), в глазури, эмали, стекла и т.д.

Барий, его алюминиевые и магниевые сплавы применяют как газопоглотители при изготовлении вакуумных приборов; барий входит в состав некоторых антифрикционных сплавов, его добавляют к свинцу для увеличения твердости. Поскольку барий хорошо поглощает рентгеновские лучи и гамма-лучи, его вводят в защитные материалы. Сульфат бария - знаменитая "бариевая каша" - не прозрачен для рентгеновских лучей и поэтому применяется при диагностике желудочных заболеваний. Кроме того, сульфат служит наполнителем для бумаги, особенно ее дорогих сортов; он же используется для производства белой краски-литопона.

Основное количество магния идет на получение легких газонепроницаемых немагнитных сплавов, необходимых при производстве центрифуг, точных приборов и особенно в авиационной промышленности. Магний является составной частью осветительных и сигнальных ракет; им восстанавливают титан и ванадий.

Бериллий входит в состав примерно 40 минералов, многие из которых драгоценные камни (бериллы, изумруды, аквамарины и др.); он "улучшает" сплавы магния и алюминия, так как повышает их жаропрочность и химическую стойкость. Медь, содержащая всего 2% бериллия, вдвое тверже нержавеющей стали; сопротивление меди на разрыв увеличивается в четыре раза, если в нее ввести 3% бериллия. Тонкие пластинки этого элемента пропускают рентгеновские лучи в 17 раз лучше, чем алюминий такой же толщины, и идут на изготовление тех частей рентгеновских трубок, через которые выходят лучи. Кроме того, бериллий применяют в авиастроении, а также в атомной промышленности.

Мария Склодовская-Кюри (1867-1934)

Последним из подгруппы был открыт в 1898 г. радий, его выделили из урановой смоляной руды (U₃O₈) супруги Мария и Пьер Кюри. Новый элемент обладал гораздо большей излучательной способностью, чем уран, за что и получил свое название (излучающий, от латинского radius-луч). Но только в 1910 г. М. Кюри и А. Дебьерну удалось выделить металлический радий.

Элементы побочной подгруппы (цинк, кадмий, ртуть), хотя и имеют завершенную d-подоболочку, по своим свойствам относятся к переходным. Цинк-довольно активный металл и на воздухе покрывается защитной пленкой nZnCO₃⋅Zn(OH)₂. Около половины производимого цинка идет на защиту от коррозии различных металлических изделий; кроме того, он-составная часть латуней и других сплавов. Сульфид цинка ZnS обладает люминесцентными свойствами, и в смеси с сульфидом кадмия CdS им покрывают экраны телевизоров, осциллографов и т. п.

Кадмий по своим свойствам похож на цинк, но есть и отличия. На воздухе он покрывается оксидной пленкой CdO. Его гидроксид Cd(OH)₂ - типичное основание, а не амфотерное, как Zn(OH)₂. Кадмий сильно поглощает тепловые нейтроны и идет на изготовление регулирующих стержней в ядерных реакторах. Используют кадмий для покрытия изделий из железа и стали (кадмирование), изготовления сплавов, кадмиево-никелевых аккумуляторов. Открыт был кадмий в 1817 г. немецким химиком Ф. Штромейером.

III группа. У элементов III группы наблюдается дальнейшее ослабление металлических свойств: появляется неметалл бор, а оксиды и гидроксиды алюминия и галлия амфотерны.

Из металлов этой группы наиболее распространен алюминий-"крылатый металл", без которого трудно себе представить авиастроение. Соединения алюминия - глины, квасцы и другие-давно известны человеку, но лишь в 1789 г. Лавуазье предположил, что в глиноземе содержится новый элемент. Выделить его оказалось не так просто. Это удалось датскому ученому Г. Эрстеду (1825). Через раскаленную смесь глинозема (Аl₂O₃) с углем он пропустил хлор, а полученный хлорид алюминия нагрел с амальгамой калия, в результате чего образовалась амальгама алюминия, из которой при нагревании был выделен металл. Свое имя он получил от латинского алюмен-квасцы, в которые этот элемент входит.

Промышленный способ получения алюминия был предложен только в 1886 г. независимо американским изобретателем Чарльзом Холлом и французским химиком Полем Эру. Он заключался в электролизе раствора оксида алюминия в расплавленном криолите. Первый в мире завод по производству алюминия вступил в действие в США через два года.

В 1909 г. немецкий химик А. Вильм получил один из первых основных сплавов алюминия-дуралюмин (3,4% меди, 0,5% магния и 0,5% марганца), а через 11 лет был создан другой сплав - силумин (12-13% кремния). Оба этих сплава благодаря малой плотности (соответственно 2,85 и 2,6), хорошим литейным и механическим свойствам широко применяются в авиастроении. Сейчас алюминиевых сплавов насчитывается более ста.

В последнее время алюминий начали использовать для покрытия изнутри консервных банок вместо олова, так как он дешевле и "не боится" соединений серы, которые входят в состав консервантов. Алюминиевая пудра "работает" не только под серебро, но и под... золото. Вы, конечно, видели знаменитую хохломскую роспись в три цвета: черный, красный и золотой. Будущее деревянное изделие грунтуют жидкой глиной, покрывают олифой, сушат и натирают алюминиевой пудрой, а затем наносят красную и черную краски. После этого изделие снова покрывают олифой и сушат при температуре около 100 °С. Пленка олифы становится желтовато-золотистой, что в сочетании с металлическим блеском алюминия имитирует золото.

В 1902 г. французский химик О. Варнейль, добавляя в расплавленный оксид алюминия оксид хрома(Ш), получил искусственный рубин, а при добавлении оксидов железа(Ш) и титана(IV)-сапфир. Из оксида алюминия можно получить и сверхпрочную... бумагу. Для этого используют волокна оксида длиной 0,3 см и диаметром около 1 микрона.

Аналоги алюминия - галлий, индий и таллий. Из них наибольшее применение нашел индий: его соединения с фосфором, мышьяком и сурьмой-полупроводники; индий в чистом виде и его сплавы с серебром хорошо зарекомендовали себя в производстве специальных рефлекторов и зеркал. Галлий и таллий применяются ограниченно: первый-в полупроводниковой технике и для получения некоторых сплавов, второй-в составе кислотоустойчивых сплавов со свинцом и оловом.

Из элементов побочной подгруппы (скандий, иттрий и лантаноиды) два первых используются при получении некоторых специальных сплавов.

IV группа. В главной подгруппе IV группы всего два элемента-металла: олово и свинец, а германий похож на своего соседа "сверху"-на кремний. Здесь мы хотим рассказать о германии, который был предсказан Д. И. Менделеевым и роль которого в разных отраслях хозяйства возросла в последнее время.

В земной коре германия больше, чем серебра или свинца, но ни один его минерал не образует промышленных месторождений, поэтому германий добывают из других руд (свинцовых, цинковых), надсмольной воды коксохимических заводов и т.д. В 1980 г. его было выработано около 100 тонн во всем мире. Используется германий прежде всего в полупроводниковой технике. В 1948 г. были созданы первые германиевые транзисторы, а сейчас диоды и триоды из этого элемента широко применяются в телевизорах, счетно-решающих устройствах, различных измерительных приборах. Для этих целей нужен германий сверхвысокой чистоты: примесей не должно быть больше 10-7%, и чтобы добиться этого, выращивают монокристаллы германия.

Исследования японского ученого К. Асаи показали, что германий находится во многих растениях, но особенно велико его содержание (от 0,02 до 0,07%) в алоэ, бамбуке, женьшене, хлорелле, чайном листе, чесноке.

Побочную подгруппу представляют переходные элементы -титан, цирконий, гафний.

Элемент № 22 был открыт английским пастором В. Грегором в 1791 г. в минерале менаконите и назван "менакином"; затем последовало второе его открытие, которое большинство химиков считают официальным. В 1795 г. немецкий химик Мартин Клапрот, изучая другой минерал-рутил (ТiO₂), выделил из него новый элемент. Тот оказался "менакином". Однако Клапрот назвал его титаном (титаны, по греческой мифологии-дети Урана и Земли). Это название и сохранилось за металлом.

Вначале нашли применение соединения титана: с 1908 г. оксид титана(IV) идет на выработку титановых белил, которые, в отличие от свинцовых, не ядовиты и не темнеют от действия сероводорода; в первую мировую войну стал использоваться TiCl₄ (для создания дымовых завес). Сам же металл, получаемый при высокотемпературных процессах (как и большинство металлов), поглощая азот и кислород, становился хрупким, что препятствовало его применению в практике. В 1925 г. голландские ученые ван Аркель и де Бур разработали иодидный способ получения титана: неочищенный металл смешивают с иодом, нагревают до 600 °С, образующийся иодид титана возгоняется в вакууме и при 1400 °С разлагается, причем титан оседает на титановой проволоке, а иод вновь поступает в реакцию. Такой способ оказался малопроизводительным и был заменен в промышленности магнийтермическим способом, предложенным американцем У- Кролем.

Чистый титан обладает уникальными свойствами: по прочности он не уступает железу, но почти вдвое легче его; в шесть раз прочнее и в 12 раз тверже алюминия, правда, несколько тяжелее. Титан плавится лишь при температуре выше 1725 °С и чрезвычайно коррозионно-стоек : на него не действует даже "царская водка", растворяющая золото и платину. Он немагнитен и обладает значительным электросопротивлением. Все это способствовало быстрому росту производства титана-от нескольких тонн в 1947 г. до десятков тысяч в настоящее время.

На основе титана получают высокопрочные сплавы для судо- и самолетостроения, ракетной техники; он важная легирующая добавка для сталей некоторых марок и т.д. Широкому использованию титана способствовало и то, что он распространен в земной коре больше, чем многие металлы (например, медь, никель, цинк, свинец); в настоящее время известно более 150 промышленных месторождений титана.

Резко возросло производство циркония (в 100 раз с 1949 по 1959 г.)-одного из металлов атомной техники. Это химически высокостойкий, тугоплавкий металл; он почти не захватывает нейтроны, образующиеся во время ядерных реакций, а поэтому используется в качестве конструкционного материала для атомных реакторов. А вот гафний, наоборот, поглощает нейтроны, и его применяют в регулирующих стержнях тех же реакторов.

V группа. В V группе тоже пять металлов. Из них сурьма и висмут, открытые в средние века, находятся в главной подгруппе, а остальные -ванадий, ниобий, тантал -в побочной. Последние два элемента открыты в самом начале XIX в. ниобий в 1801 г. англичанином Ч. Хатчетом, а тантал в следующем году шведом А. Экебергом. И только через 28 лет (Н. Сефстрем, 1830) был открыт главный представитель подгруппы-ванадий, получивший свое имя в честь древнескандинавской богини красоты Ванадис.

Имея на внешней оболочке два s-электрона и на "предвнешней" три - электрона, ванадий проявляет степень окисления от + 2 до +5. Чистый ванадий похож по цвету на сталь, прочен и пластичен. Он придает стали твердость, вязкость, а главное-устойчивость к вибрации, толчкам и ударам. Французские инженеры первыми использовали ванадий для получения брони; Генри Форд, американский "автомобильный король", способствовал применению ванадиевой стали в автомобилестроении. Ванадий обнаружен в растениях (особенно много его содержит гриб бледная поганка), в крови морских ежей и голотурий. Из соединений ванадия большую роль играет оксид ванадия (V)-один из важных промышленных катализаторов.

VI группа. В VI группе металлы находятся в побочной подгруппе (за исключением радиоактивного полония). Это хром, молибден и вольфрам.

Хром-одна из важнейших легирующих добавок к стали. Есть много сортов специальных хромистых сталей (до 30% хрома), которые очень стойки к окислению при высоких температурах. С изделиями, покрытыми хромом (хромированными), встречались многие. Такие изделия имеют красивый серебристый цвет, что не соответствует названию самого металла (от хрома-окраска, цвет). Это имя он получил за то, что его соли имеют различную окраску (желтую, красную, зеленую).

Открыт был хром в 1797 г. французским химиком Луи Вокленом при исследовании минерала крокоита, обнаруженного в Березовском руднике на Урале (недалеко от нынешнего Свердловска). Первые соединения хрома нашли применение (вначале XIX в.) в качестве красящих веществ, а раствором сульфата хрома или хромовых квасцов обрабатывали (дубили) кожу, которая после этого не набухает в воде и становится устойчивой к износу. Она получила название хромовой.

Одновременно изучались и свойства самого металла. В 1821 г. была впервые получена хромистая сталь. Позднее было установлено, что она обладает ценными свойствами - прочностью, твердостью, коррозионной стойкостью.

Молибден (Шееле, 1778) также нашел применение в металлургии. Стали с его добавкой приобретают твердость, упругость, жаропрочность; специальные сплавы на основе молибдена сохраняют свои свойства до 1200°С, а сплав из железа, никеля и молибдена стоек к действию кислот при температурах до 100 °С. Молибден относится к биоэлементам, он входит в состав фермента ксантинок-сидазы, участвующего в азотистом обмене; добавка молибденовых солей в микродозах повышает активность клубеньковых бактерий.

Вольфрам- тяжелый (плотность 19,3), твердый и тугоплавкий металл. Его температура плавления 3410 °С, кипения - 5930 °С; по тугоплавкости вольфрам уступает только углероду, и это его свойство дало возможность использовать вольфрамовые нити в электролампах.

Первооткрывателем вольфрама был К. Шееле (1781). Название новый элемент получил от минерала вольфрамита. Еще в средние века было замечено, что выход олова уменьшается, если этот минерал содержится в оловянной руде: он как бы "похищает олово, пожирая его, как волк овцу". Отсюда и название минерала (от немецкого Wolf-волк и древнегерманского Ramm-баран).

Вольфрам применяется как легирующая добавка, особенно для быстрорежущей стали (до 18%), которая сохраняет твердость даже при 800 °С. Материал, состоящий из карбида вольфрама с примесью карбида титана, сцементированный кобальтом, в 1,3 раза тверже вольфрамовой стали и остается твердым даже при 1100°С. Из сплава вольфрама, меди и никеля изготовляют контейнеры для хранения радиоактивных веществ, поскольку такой сплав поглощает радиоактивные излучения лучше, чем свинец. Однако получить сплавы вольфрама обычным способом трудно: при температуре его плавления многие металлы превращаются в пар. Вот почему чаще всего вольфрамовые сплавы получают с помощью порошковой металлургии: смесь металлических порошков прессуют и спекают при высоких температурах. Иногда полученный материал переплавляют в электродуговых печах.

Вольфрам пластичен, что позволяет из 1 кг металла вытягивать проволоку до 3,5 км, а этого хватает на изготовление 23 000 электроламп мощностью по 60 ватт. Оксидные соединения вольфрама по цвету, блеску, твердости, электропроводности и стойкости к химическим реагентам напоминают настоящие бронзы. Они так и называются "бронзами"-синяя (Na₂O⋅WO₂⋅4WO₃), золотистая (Na₂O⋅WO₂⋅WO₃) и т.д.

VII группа. В VII группе из металлов наибольшее значение имеет марганец, открытый в 1774 г. Шееле. Электронная конфигурация его атома (3d⁵4s²) обусловливает проявление степеней окисления от + 2 до +7. Оксид и гидроксид марганца (II) обладают основными свойствами, оксид и гидроксид марганца (IV) амфотерны, а в высшей степени окисления - кислотны. По распространенности на Земле элемент № 25 занимает 11-е место (0,10% по массе). Он относится к микробиогенным элементам: входит в состав ферментов, участвующих во многих жизненных процессах, способствует синтезу витамина С.

Более 90% получаемого марганца потребляет металлургия-для раскисления стали, как легирующая добавка, придающая стали большую твердость и высокую износостойкость. Из таких сталей изготавливают ответственные детали мельниц, дробилок и т.д.

VIII группа. Эта группа очень своеобразна; она отличается от остальных групп тем, что содержит инертные (благородные) газы и ... три триады переходных элементов: триаду железа (железо, кобальт, никель) и две триады платиновых элементов (рутений, родий, палладий и осмий, иридий, платина). Д. И. Менделеев, исследуя характер изменения свойств элементов по горизонтали (по периодам), установил, что при изменении атомного веса на 2-3 единицы происходит изменение свойств двояким образом: либо резко (например, от Mg к Аl, от Аl к Si), либо постепенно (например, от Fe к Со, от Со к Ni). Первое наблюдается в начале периодов и особенно при переходе от одного периода к другому, второе-в середине больших периодов. Это объясняется различной "достройкой" подоболочек: при резком изменении свойств элементов у их атомов достраивается наружная подоболочка или возникает новая; при постепенном изменении достраивается более глубокая подоболочка, а наружная остается без изменения. Вот почему, как и в семействе лантаноидов, элементы триады железа и триад платиновых металлов сходны между собой.

Из металлов первой триады наиболее распространено в природе железо, по своей значимости в технике-это металл № 1. Несмотря на появление многочисленных новых материалов, железо не сдает своих позиций. И хотя о железе много написано и трудно сообщить о нем что-либо новое и интересное, приведем все же несколько фактов.

У железа три радиоактивных изотопа: ⁵²Fe, ⁵⁵Fe, ⁵⁹Fe. Из них наибольший интерес представляет ⁵⁵Fe, так как при его распаде образуется ⁵⁵Мn, который испускает рентгеновские лучи с очень небольшой энергией. Такими "мягкими" лучами нельзя "просветить" (они проникают в глубину всего до 1 мм), но зато можно проводить лучевую терапию кожных заболеваний (дерматомы, экземы). Их можно использовать в измерительной технике при контроле за толщиной покрытия, пленки и т.д. (чем толще слой, тем слабее излучение), для исследования структуры минералов в полевых условиях.

Когда говорят о свойствах железа, нужно знать, о каком железе идет речь. Различают технически чистое железо и железо высшей чистоты. В технически чистом железе (низкоуглеродистой электротехнической стали) содержится 0,02-0,04% углерода и ничтожное количество серы, фосфора, кислорода, азота. Такое железо обладает средней химической активностью. Высокочистое железо химически практически инертно, оно менее прочно, чем любой чугун или сталь, а потому и непригодно в качестве конструкционного материала.

Из солей железа (III) упомянем о хлориде, который в практике применяется для очистки воды, выполняя роль коагулянта. Он также вызывает быстрое свертывание белковых веществ, и его раствор иногда используют для прижигания небольших порезов. Если обрабатывать графит хлоридом железа (III), то последний внедряется в графит; если подействовать на такой материал металлическим натрием в жидком аммиаке, происходит восстановление ионов Fe³⁺ до Fe⁰ и образуется "ферромагнитный графит". Он содержит до 22% железа, хорошо прессуется и устойчив к концентрированным кислотам.

Среди более чем 60 элементов, обнаруженных в организме человека, железо играет особую роль (его там около 3,5 г). Основная его масса сконцентрирована в эритроцитах, а точнее, в их красном пигменте-гемоглобине. Он-то и служит переносчиком кислорода от легких к тканям.

В заключение нашего рассказа о металлах познакомимся с платиновыми элементами. Отметим такую деталь-элемент, по имени которого названо все семейство, не имеет точной даты "рождения".

О платине, видимо, знали давно. Так, в 1557 г. итальянец Ю. Скалигер писал о белом металле из Южной Америки. Через два столетия, в 1748 г., француз А.де Уллоа тоже рассказал о белом металле, отмечая его тугоплавкость. Еще через два года английский химик У. Уотсон описывает новый полуметалл "платино-ди-пинто". Это была платина (от испанского плата-серебро, уменьшительная форма, созвучная русскому "серебришко", "серебрецо"). Так пренебрежительно назвали металл, не поддающийся обработке и не нашедший потому применения в то время.

Изучая неочищенную (сырую) платину, английский химик У. Волластон открыл в ней (1803) новый элемент-палладий (названный так в честь открытого незадолго перед тем астероида Паллады), а в следующем году -родий (от родон-роза, за красный цвет растворов его некоторых солей). Неочищенная платина оказалась настоящим "складом" неизвестных элементов: в 1804 г. соотечественник Волластона С. Теннант обнаружил в ней еще два элемента - осмий (от осмэ- запах, за резкий запах его оксида) и иридий (от ириоэйдес-радужный, за разнообразную окраску его солей). А через 40 лет в сырой платине с Урала русский химик К. К. Клаус открывает последний платиновый элемент -рутений (от латинского Ruthenia-Россия). Все они встречаются в природе в самородном состоянии как примеси к различным рудам и минералам, имеют высокие температуры плавления. Их химическая активность возрастает слева направо по периоду-самые активные из них палладий и платина. Сходство между ними больше наблюдается по вертикали, чем по горизонтали (рутений - осмий, родий - иридий).

Платиновые металлы химически стойки, особенно к кислотам (только палладий растворяется в горячей азотной кислоте). Степени окисления от + 2 до +6, и только у рутения и осмия она может быть + 8. Применяются они в химической промышленности как катализаторы ; из них изготовляют детали приборов и лабораторную посуду.