Марганца в земной коре примерно в 2,6 раз больше по массе, чем хрома, то есть он составляет примерно 9×10-2 % массы земной коры. Встречается же преимущественно в составе минерала пиролюзита, исследованием которого занимались Шееле и Ган.
Сталь Гадфилда — сплав, в состав которой входит только железо, углерод и марганец, обладает чрезвычайной износостойкостью. Это обусловило области ее применения: дробилки, бульдозеры, экскаваторы, землеройные и камнедробительные установки. Интересно, что она настолько прочна, что не поддается обработке, поэтому все детали приходится отливать сразу. Но этот факт также накладывает определенные трудности при производстве таких деталей.
Из соединений марганца нашли свое место в первую очередь перманганат калия KMnO4 и диоксид марганца MnO2. Первый известен нам, как мощнейший антисептик. Это свойство можно объяснить тем, что марганец в составе этого соединения проявляет свою максимальную степень окисления +7, являясь хорошим окислителем. Это же свойство обеспечило перманганату одну из ведущих позиций среди окислителей как в лаборатории, так и на производствах. Диоксид марганца в свою очередь используется в гальванических элементах.
Стоит также обратить внимание читателя на тот факт, что марганец входит в состав ферментов, необходимых для формирования костей, соединительной ткани, роста. Более того, сульфат марганца (MnSO4) спас уже, возможно, не один десяток человеческих жизней: его используют для лечения малокровия.
Технеций. Свой среди чужих, чужой среди своих
Наконец-то произошла эта встреча — встреча с радиоактивностью! Первое наше знакомство с этим опасным и в то же время полезным явлением происходит, когда речь заходит о технеции. Этот радиоактивный металл удивительным образом попал в то место ПСХЭ, где располагаются одни из самых стабильных и используемых человеком элементов. И на самом деле, это одна из аномалий периодического закона. Все элементы вокруг имеют стабильные изотопы, а технеций — нет. Все его изотопы радиоактивны.
Еще в 1871 году великий русский химик Д. И. Менделеев предсказал существование элемента под номером 43 с атомной массой близкой к 100, дав ему название «эка-марганец». На протяжении большого периода времени разные ученые сообщали об открытии этого элемента, но все их попытки оказались тщетны. В 1936 году Лоуренс из Калифорнийского университета послал своему коллеге Сегрэ в Италию образец молибдена, который в течение нескольких месяцев облучали в циклотроне жесткими дейтронами (ядрами изотопа водорода — дейтерия). Сегрэ и Перрье заметили, что посланный им образец радиоактивен, поэтому активную часть они решили выделить. Надо отдать должное мастерству ученых, ведь масса полученного ими вещества составляла 10-10 грамма! Так и был открыт впервые один из изотопов технеция.
До 1962 года бытовало небезосновательное мнение, что технеций не встречается в природе, а является лишь продуктом деятельности человека, впрочем, само название переводится с греческого как «искусственный». Однако в 1962 году были обнаружены следовые количества технеция в уранините (минерал состава UO2 с примесью U3O8), который был добыт на территории современной Демократической Республики Конго.
Один из самых распространенных изотопов технеция 99mTc играет ключевую роль в ядерной медицине и применяется в 50 различных методах диагностики. Это обусловлено тем, что этот изотоп претерпевает β-распад, не испуская γ-излучение, более того, период полураспада составляет всего шесть часов.
Технеций встречается не только на Земле, ученые зафиксировали спектроскопическими методами содержание этого радиоактивного металла на некоторых звездах. Однако стоит отметить, что на Земле не осталось ни одного атома технеция, которые были во времена зарождения планеты, из-за небольшого периода полураспада. Они просто давно распались. Те же атомы технеция, что сейчас мы можем найти на Земле, появляются за счет деления ядер урана и являются одним из дочерних продуктов его деления.
Рений. Супружеский труд
Обратимся к Периодической таблице химических элементов. В ней ровно под технецием располагается металл, который стал последним открытым нерадиоактивным элементом. И это не смотря на тот факт, что еще Д. И. Менделеев предсказывал его существование, дав ему название дви-марганец. Тем самым великий русский ученый подчеркнул схожесть химических свойств марганца и рения.
Если вы задумаетесь на секунду, где человек может повстречать в повседневной жизни рений, то, скорее всего, ответ будет «нигде». И вы будете отчасти правы, так как в чистом виде рений почти нигде не используется, чего нельзя сказать о сплавах на его основе. Они широко используются в промышленности и металлургии. Последнее время эти сплавы занимают свое место в авиастроении, строительстве. Впрочем, обо всем по порядку.
Интересно, что пальма первенства по тугоплавкости среди металлов принадлежит вольфраму, а вот металл, кипящий при самой высокой температуре — рений. Температура кипения составляет 5596 °C!
Рений — один из самых редких и рассеянных элементов: массовая доля этого металла составляет лишь 10-7 %!!! Не удивительно, что потребовалось так много времени на его открытие. В свободном состоянии он не существует. Рений является примесью к рудам различных металлов, например, молибдениту MoS2.
Один из самых дорогих металлов на планете, цена на который составляет примерно 3734 доллара США за килограмм, был открыт в 1925 году супружеской парой Ноддак. Они проработали свыше 1600 образцов и наконец достигли успеха! 5 сентября 1925 года они сообщили об открытии нового элемента.
Семейство железа (VIIIБ)
Внимательный читатель заметил, что вместо привычной «подгруппы», мы назвали эту часть главы семейством. Почему? Потому, что ученые тоже люди и им не чужды семейные ценности. А если серьезно, то так однажды договорились химики, вероятно, из-за чрезвычайного сходства элементов, входящих в эту подгруппу.
Железо, кобальт и никель — важнейшие металлы, обладающие не только интересной «химией», но и нестандартными физическими свойствами. Самыми распространенными степенями окисления являются +2 и +3, правда, никель проявляет в основном первую. Интересно, что эти элементы при не очень высоких температурах (а никель даже при температуре красного каления) устойчивы к воздействию сильнейшего окислителя — фтора. Образующиеся фториды этих металлов нелетучи, поэтому образуют защитный слой, который не дает протекать реакции. В связи с этим из никеля изготавливают аппаратуру для работы в среде фтора.
Железо. Металл, знакомый с детства
Если попросить ребенка назвать что-нибудь связанное с металлом, то с очень большой вероятностью он упомянет в своем ответе железо. С помощью этого мысленного эксперимента можно прийти к выводу, что железо относится к самым популярным и хорошо известным нам металлам. Это обусловлено в первую очередь его чрезвычайной распространенностью и очень широким кругом областей применения.
Железо занимает четвертое место по распространенности в земной коре, составляя примерно 4,65 % от общей массы. Тот факт, что железо встречается как в самородном виде, так и в составе различных минералов и руд, заслуживает особого внимания. Железо в чистом виде преимущественно имеет метеоритное прошлое, однако известны и случаи вынесения самородного железа из недр земли расплавленной магмой. Большая же часть этого металла входит в состав различных руд и алюмосиликатов.
Железо известно человеку с глубокой древности. Применение ему находили уже древние Египтяне, выделяя его из руд при помощи угля, но изначально люди познакомились с железом метеоритного происхождения. Об этом свидетельствует этимология слов, которыми они называли железо: «Небесная руда», «Капнувшее с неба» и т. д.
Больше всего железа уходит на изготовление чугуна и стали. Сталь — сплав железа с углеродом, а также другими легирующими добавками (Cr, Ni, Mn, Ti, Si). Процентное содержание углерода в ней варьируется от 0,1 до 2,14 %. Чугун — сплав железа с углеродом, массовая доля которого превышает 2,14 %, а также в состав которого входят небольшие количества серы и фосфора, иногда кремния. Чугун отличается от стали большей хрупкостью и меньшей ковкостью.
Нельзя обойти стороной важность железа в живых организмах. Этот металл входит в состав гемоглобина — белка, ответственного за обмен кислорода и углекислого газа у животных.
Железо — конечный продукт термоядерного синтеза элементов в звездах. Также, по убеждению большинства ученых, ядро Земли состоит из этого металла.
Кобальт. Краски древности
Соединения кобальта использовались с незапамятных времен разными цивилизациями для окрашивания стекол в синий цвет. Упоминания об этом металле можно встретить и у различных алхимиков. Первооткрывателем же принято считать Брандта, который впервые описал кобальт в 1735 году. Выделен, однако, в чистом виде этот металл был уже другим ученым — Берцелиусом.
По сравнению со своим собратом железом кобальт очень мало распространен на Земле и составляет лишь 3×10-3 % массы земной коры. Самородного кобальта в природе нет, правда, он встречается, как и железо, в составе различных железных метеоритов. Важнейшим минералом кобальта является кобальтин, химический состав которого отражает формула CoAsS.
Большое количество постоянных магнитов содержат от 0,5 до 4 % этого переходного металла. Чистый кобальт сохраняет свои магнитные свойства до температуры в 1121 °C! Это очень выдающийся показатель.
Различные соли кобальта используются в стекольной и лакокрасочной промышленности. Другие соли применяют в качестве микроудобрений и для подкормки животных. Силицид кобальта (CoSi) — очень хороший термоэлектрический материал, который позволяет производить термоэлектрогенераторы с повышенным коэффициентом полезного действия. Кобальтат лития LiCoO