Применяется фосфор в спичечной промышленности, металлургии и как мы уже писали выше, в химической промышленности. И если вы думаете, что фосфор содержится в головках спичек, то ошибаетесь. Его перемешивают со стеклянным порошком и клеем, а затем наносят на боковую поверхность спичечных коробков. Некоторые фосфорорганические соединения применяются в качестве лекарств, другие для борьбы с вредителями.
В военных целях производится фосфин PH3 — ядовитый бесцветный газ с чесночным запахом. Также из-за своей горючести белый фосфор применяют для производства зажигательных бомб.
Научные знания о фосфоре раньше применялись и с целью одурачивания людей. Когда церковь хотела явить чудо, например самозагорающуюся свечу, то на фитиль наносили раствор фосфора в сероуглероде CS2. Сероуглерод со временем испарялся, оставались крупинки фосфора, который окислялся кислородом воздуха и самовозгорался. Чудо!
Сера. Стара, как мир
Сера известна человечеству очень давно. Даже в Новом и Ветхом заветах сера описывалась как источник тепла при термообработке грешников. Сера известна людям благодаря тому, что встречается в природе в самородном виде. Ее использовали в религиозных и мистических целях. Затем постепенно ее стали применять в быту для изготовления лекарственных мазей, для борьбы с вредителями.
То, что сера — это индивидуальный элемент, а не химическое соединение разных элементов, установил Лавуазье. После изобретения пороха в Европе началась промышленная разработка способов ее добычи и поиск месторождений. Сера в смеси с углем и селитрой являются компонентами пороха.
В настоящее время примерно половина производимой серы используется для получения серной кислоты. А серная кислота для химии, как хлеб для застолья. Без нее современная химия не может обойтись. Люди, которые хоть раз в своей жизни ломали себе кости, прекрасно знакомы с таким веществом, как гипс CaSO4×2H2O. Про пахнущий сероводород H2S думаем, знают все. Им пахнут тухлые яйца.
Вернемся к спичкам. Из главы про фосфор мы узнали, что он используется при изготовлении чиркашей на коробках. А вот сера применяется как раз в спичечных головках. К тому же сера нужна для производства бумаги, резины, тканей, косметики, пластмасс, красок, удобрений, пиротехники и ядохимикатов.
Селен. Лунный
Селен — хрупкий неметалл и горит синим пламенем. Он является аналогом серы. Селен открыл Якоб Берцелиус в 1817 году, когда исследовал неизвестный осадок, который образовывался при получении серной кислоты. Подозрения были, что это теллур, но анализ показал, что это не он. Тогда стало ясно, что это новый химический элемент. А так как он был похож по свойствам на теллур, что в переводе означает Земля, и сопутствует ему в минералах, то новый элемент был назван селеном, что означает Луна.
Как и другие элементы, окружающие его в таблице Менделеева, селен и все его соединения являются ядовитыми веществами. Если земля, на которой пасутся животные, содержит селен, то они заболевают алколоизом. При этом начинает выпадать шерсть, деформируются рога и копыта.
Из селена и его соединений изготавливают выпрямители тока, различные фотоэлементы. Профессиональные фотографы и некоторые любители знают, что такое экспонометр в фотоаппарате. Этот датчик определяет, сколько света проходит через объектив и попадает на пленку или матрицу фотоаппарата. Вот он как раз состоит из селена, и принцип его работы основан на фотогальваническом эффекте. Этот эффект основан на том, что происходит непосредственное преобразование энергии света в электроэнергию.
Селен также применяется как мощное противораковое средство и для профилактики различных заболеваний.
Типичные металлы
Алюминий. Самый распространенный металл
Нет, речь не о железе, о котором мы слышим на каждом углу. Мы говорим об алюминии, металле, без которого современная наука и техника не существовали бы вовсе!
Как мы уже отметили в названии, алюминий является самым распространенным металлом. На него приходится почти 9 % массы земной коры, то есть почти десятая часть такой махины. Это правда впечатляет… Этот металл входит в состав огромного числа минералов (науке известно более 250 минералов, содержащих алюминий). Наиболее важным для промышленности является минерал боксит (Al2O3×H2O). Al2O3 с примесью оксида хрома — это рубин, а с примесью оксидов титана и железа — сапфир. Однако тот же Al2O3 входит в состав каолинита — основного компонента глины!
Почему алюминий стал повсеместно использоваться, начиная от авиастроения и заканчивая производством посуды? Как всегда, это можно объяснить его физико-химическими свойствами, а также его ценой на рынке. Начнем со свойств. Этот металл в достаточной мере легок и прочен, но наиболее важным его превосходством над тем же железом является его коррозийная стойкость. На воздухе алюминий покрывается слоем оксида, который прочнее его самого. Этот слой защищает металл от дальнейшего окисления кислородом воздуха. Основными потребителями этого металла на сегодняшний день являются авиационная и автомобильная промышленности. Из него изготавливают моторы, коробки передач, картеры и другие части автомобилей. Естественно не в чистом виде, а легированную различными примесями. Так, например, сплав алюминия со скандием (3 %) более прочный, чем чистый алюминий. Если вы откроете другие учебники, то скорее всего встретите фразу, что алюминий — это «авиакосмический материал».
На кухне мы можем встретить посуду из алюминия, а также всем известную фольгу. Кроме того, алюминий хорошо отражает свет, поэтому из него делают нагревательные рефлекторы и зеркала. Алюминий также потребляет и военная промышленность. Перечислять области применения этого металла можно еще очень долго. Но мы так увлеклись, что чуть не забыли рассказать вам о цене на самый распространенный металл.
Цена на алюминий за последние годы выросла и на данный момент составляет примерно 2140 долларов США за тонну.
Галлий. Металл для фокусов
В интернете какое-то время был широко распространен видеоролик про растворение «железной» ложки в стакане горячей воды. Этот фокус вызвал большой ажиотаж, но только не среди ученых. Ведь они-то знают, что существует такой металл, как галлий. Поговорим же о нем более предметно.
Галлий был предсказан еще Д. И. Менделеевым в 1871 году. Более того, великий русский химик смог предсказать и метод, с помощью которого будет открыт эка-алюминий (такое он дал название еще неоткрытому элементу). Спустя всего 4 года Дмитрий Иванович мог бы устроить небольшой праздник в честь триумфа периодического закона. Ведь все его предсказания сбылись. Француз Лекок де Буабодран сначала обнаружил неизвестный элемент спектроскопическим методом, а немного позднее ему удалось выделить соли галлия. Назвал он его в честь своей Родины Франции, которая на латинском языке именуется Gallia.
Галлий заслуженно относят к редким элементам, ведь он составляет лишь 1,5×10-3 % массы земной коры. К тому же он не имеет собственных минералов, а является примесью к минералам цинка и алюминия. В связи с этим он считается рассеянным элементом.
Области применения чистого галлия обусловлены в первую очередь его физическими свойствами: этот металл плавится при температуре в 29,76 °C, поэтому хорошо подходит в качестве смазывающего материала. На его основе создано большое количество металлических клеев. Также им заполняют кварцевые термометры, заменяя более токсичную ртуть. Его еще используют для атомной промышленности в качестве среды для разделения различных элементов продуктов деления. Подробнее рассказать не можем по понятным причинам.
Скорее всего, на разных видео вы видели такой трюк: человек берет в руку кусочек галлия и он плавится в руке. Здесь есть одно большое НО! Во-первых, так можно расплавить только очень маленький кусочек галлия. Скорее даже пластинку. Во-вторых, большой кусочек галлия просто так в руке не расплавить. Хотя его температура плавления ниже температуры человеческого тела (36,6 °C), но с одной стороны к кусочку подводится тепло, а с других его поверхностей тепло передается окружающей среде.
Поэтому обычно идут на хитрости: либо сильно растирают руки перед экспериментом, либо за кадром стоит фен, который дует теплым воздухом, либо используется какой-нибудь сплав галлия, который имеет еще меньшую температуру плавления. Например сплав галлия с индием. Если все же расплавить кусочек галлия в руках, то затем он оставит темно-серые пятна. Отмывать такие пятна не слишком легко.
Гораздо шире применяются соединения галлия. Например, нитрид этого металла GaN обладает полупроводниковыми свойствами. Из-за этого из него изготавливают оптоэлектронные приборы, светодиоды. Другое бинарное соединение GaAs используют при производстве чипов. Оксид галлия Ga2O3 играет важную роль в лазерных материалах. Солнечные батареи, которые устанавливают на марсоходы, имеют в своем составе вышеупомянутый арсенид галлия.
Индий. Очень рассеянный
Данный элемент является очень рассеянным. Его содержание в минералах еле доходит до десятых долей процента. Это привело к тому, что данный элемент очень долго не могли открыть. Как найти то, что сильно размазано повсюду?
Все бы так и оставалось, но такие ученые, как Густав Роберт Кирхгоф и Роберт Вильгельм Бунзен для изучения химического состава веществ стали применять физические методы исследования. Они разработали спектральный анализ. Вкратце, его суть заключается в том, что к атому подводят энергию в каком-то виде. Например при нагревании. В результате эта энергия поглощается и переводит внешний электрон на более высокую орбиталь. Но там ему находиться не выгодно согласно принципу минимума энергии. Электрон спускается обратно на свое место. При этом происходит излучение определенной длины волны. Для каждого элемента длина волны своя. Набор таких волн для конкретного элемента называется спектром.