Металлический германий сверхвысокой чистоты в инфракрасной области спектра прозрачен, поэтому его применяют при производстве оптических элементов инфракрасной оптики: линз, призм и оптических окон датчиков. Также Германий широко применяется в ядерной физике в качестве материала для детекторов гамма-излучения.
Мышьяк. Яд и не только
Данный элемент известен человечеству издревле. Точной даты открытия назвать никто не сможет. Но впервые металлический мышьяк был получен в 1250 году немецким алхимиком Альбертом фон Больштедтом. По крайней мере, так считается. Чистый мышьяк — это серебристо-белое вещество.
Свойства данного элемента достаточно противоречивы. В одних случаях он выступает как яд, в других как лекарство. В давние времена основным ядом был именно мышьяк. Поэтому опыт обращения с данным элементом большой. Криминалисты и судмедэксперты научились безошибочно определять отравления мышьяком. Смертельная доза 0,05–0,1 г. Однако он присутствует во всех живых организмах, но в гораздо меньших количествах. Считается, что микродозы мышьяка повышают устойчивость организмов к действию вредных микробов.
В конце XVII века в Италии много шума наделала вода «Аква тофана». Сицилианка Тофана, сбежавшая из Палермо в Неаполь, продавала бутылочки с жидкостью женщинам, желавшим ускорить смерть своих мужей. На бутылочках был портрет святого Николая. 5–6 капель этой жидкости было достаточно, чтобы умертвить человека. Смерть наступала медленно и болезненно. В состав этой жидкости входил водный раствор мышьяковой кислоты.
После смерти Наполеона была проанализирована прядь его волос. Оказалось, что начиная с сентября 1820 года в течение четырех месяцев он получал большие дозы мышьяка. Было доказано, что Наполеон был отравлен мышьяком.
Отравляющее действие мышьяка, естественно, не могли не заметить военные. Они применяли его при производстве химического оружия. Самым известным боевым отравляющим веществом является арсин (AsH3). Это самое ядовитое соединение мышьяка. Его активно применяли американцы во время войны во Вьетнаме.
В качестве лекарства мышьяк тоже применяется: первое, что приходит на ум, это использование в стоматологии. Мышьяк применяли при пульпите, когда кариес добирался до зубных нервов и их «убивали», чтобы сохранить зуб. Также соединения мышьяка применяли при лечении малярии и тифа. Конечно, в последнее время от него отказываются, заменяя более безопасными материалами.
Мирное применение мышьяк нашел в полупроводниковой технике. Используются такие соединения, как: арсенид галлия GaAs и индия InAs. Также мышьяк применяют при легировании некоторых металлов. Добавка к меди увеличивает ее прочность на разрыв и коррозионную стойкость. Добавка к свинцу повышает его твердость.
Сурьма. Ни рыба, ни мясо
В природе существует около 100 минералов, содержащих сурьму. Издавна был известен минерал сурьмяный блеск, название от которого перекочевало к самому элементу. Сурьму сплавляли со свинцом и получали сплав, который применяли для изготовления типографских шрифтов при печати книг.
Средневековым металлургам были известны семь металлов: золото, серебро, медь, олово, свинец, железо и ртуть. А вот мышьяк и сурьма были выделены в отдельную группу полуметаллов, так как они хуже ковались. Когда наука стала развиваться, то ученые снова проанализировали сурьму и пришли к выводу, что металлические свойства у нее выражены слабо. Выглядит она как обыкновенный металл, но очень хрупка. Сурьму можно измельчить в самой обычной ступке в порошок. Электричество и тепло проводит гораздо хуже большинства металлов. Однако и свойства неметаллов проявляются не в полной мере. В химическом плане она ведет себя аналогично неметаллу фосфору. Поэтому сурьма и относится к полуметаллам. Но в справочниках ее чаще относят к металлам, чтобы каким-то образом классифицировать.
Из-за своей хрупкости металлическая сурьма в чистом виде применяется редко. Но используется для приготовления сплавов с оловом и свинцом, придавая им твердость. Они применяются в качестве вкладышей в подшипники, так как обладают большим сопротивлением к истиранию. Сплав сурьмы со свинцом используется для производства шрапнелей и пуль, оболочек электрических кабелей, электродных пластин для аккумуляторов.
Сульфид сурьмы Sb2S5 используют для вулканизации каучука. Вы наверняка видели красную «медицинскую» резину, имеющую высокую эластичность. В ее состав как раз входит этот сульфид.
Соединения сурьмы используются при производстве огнеупорных красок, тканей. Краска так и называется «сурьмин». Соединения сурьмы с алюминием, галлием и индием обладают полупроводниковыми свойствами.
Сурьма является токсичной. Она накапливается в щитовидной железе и имеет раздражающее действие. Однако попав в желудочно-кишечный тракт, она не вызывает отравления. В XV–XVI веках, чтобы вызвать рвоту, пациентам давали вино, выдержанное в сурьмяном сосуде. Соединение сурьмы KC4H4O6(SbO) × H2O так и называется рвотным камнем.
Теллур. Яд и полупроводник
Теллур — от «tellus», что по-латыни значит Земля. То есть назван этот элемент в честь нашей планеты. В 1782 году Франц Иозеф Мюллер исследовал золотоносную руду, из которой получил новый элемент. К металлам его можно было отнести с очень большой натяжкой. Через 16 лет Мартин Генрих Клапрот доказал, что это действительно новый элемент и дал ему название теллур.
Теллур является токсичным, а его соединение с водородом H2Te — бесцветный ядовитый газ с неприятным запахом. Это не удивительно, так как он является аналогом серы и теллуроводород подобен сероводороду H2S. Сам теллур и его соединения могут вызывать облысение, влияют на состав крови.
По химическим свойствам теллур похож на серу и селен, но при этом немного проявляет металлические свойства. Кристаллический же теллур больше похож на сурьму. Его цвет серебристо-белый.
Свое применение он нашел в качестве добавки к свинцу, повышая его прочность и придавая химическую стойкость. Такой сплав аналогично сурьме применяется в кабельной и химической промышленностях. Сплав теллура с медью легко обрабатывать. В стекольной промышленности добавки теллура придают стеклам коричневую окраску. Теллурид кадмия CdTe применяется для изготовления солнечных батарей, лазеров, счетчиков радиоактивных излучений.
Полоний. Источник энергии
Открыли этот элемент супруги Кюри в 1898 году. Первое сообщение о нем было таким: «Если существование этого нового металла подтвердится, мы предлагаем назвать его полонием, по имени родины одного из нас». По-латыни Polonia — Польша. Название элемента было своеобразным протестом, так как самостоятельного польского государства в то время не существовало. Польша была раздроблена, а ее земли принадлежали Австрийской, Германской и Российской империям.
Полоний является ультраредким элементом. Получить его из минералов достаточно трудно. В основном полоний получают в ядерных реакторах путем облучения изотопа 209Bi потоком нейтронов. В результате образуется изотоп 210Po. Этот изотоп полония наиболее важен для науки и техники.
Полоний — легкоплавкий металл серебристо-белого цвета. По внешнему виду он похож на самый обычный металл. По электрохимическим свойствам на благородные металлы. По химическим свойствам является аналогом серы, селена и теллура.
Изотоп 210Po является чистым альфа-излучателем. Испускаемые им частицы тормозятся в самом же металле и, пробегая внутри него всего несколько миллиметров, тратят всю свою энергию, превращая ее в тепловую энергию. Это тепло можно использовать для обогрева и получения электроэнергии, что собственно и делают как на Земле, так и в космосе. Из него делают источники электроэнергии для искусственных спутников.
Преимущество данного радиоактивного изотопа в том, что излучает он только альфа-частицы, которые не могут далеко улететь. Поэтому для таких источников не требуется особых мер защиты от излучения. Однако выделяющейся энергии так много, что она способна расплавить образец. Поэтому полоний сплавляют со свинцом. Такой сплав имеет более высокую температуру плавления, чем чистый полоний.
Также он используется для производства компактных, очень мощных и безопасных нейтронных источников. Для этого полоний сплавляют с бериллием и бором. Это герметичные маленькие ампулы, в которую помещена таблетка из карбида бора, покрытая полонием.
Во всем мире получением и выделением полония занимаются только в России. При работе с ним необходимо соблюдать особую осторожность, так как он один из самых опасных радиоактивных элементов. Его активность настолько большая, что брать руками полоний нельзя. Он легко проникает внутрь организма через кожные покровы. Работают с ним только в герметичных боксах, так как он способен переходить в аэрозольное состояние.
Другие изотопы полония используются только в исследовательских целях и практического применения пока что не имеют.
Типичные неметаллы
Углерод. Основа жизни
Углерод известен с незапамятных времен, а вот имя его первооткрывателя неизвестно. Впервые чистый углерод был получен в 1791 году английским химиком Теннатом Смитсоном. Свое название «углерод» данный элемент получил только в 1824 году. В английском же языке его называют «carbon», что с латинского переводится как уголь.
В природе углерод встречается как в свободном состоянии, так и в виде различных соединений. Все мы знаем про такие формы, как уголь, графит, алмаз, которые встречаются в природе. Все это самый настоящий углерод. В природе он также встречается в виде углекислого газа CO2. Если более подробно говорить про химические соединения, в которые входит углерод, сразу же надо вспомнить про органическую химию. Иначе ее можно назвать химией соединений углерода, так как все вещества, которые изучает органическая химия, основаны на соединениях углерода с водородом и некоторыми другими элементами. Ткани растений и животных, нефть и все ее производные — это все соединения углерода.