10ns2. Поэтому наиболее устойчивой степенью окисления является +2, причем для всех элементов данной подгруппы. Интересно, что все эти металлы имеют серебристо-белый цвет с голубоватым оттенком.
Физические свойства рассматриваемых металлов различны. Например, при нормальных условиях цинк и кадмий — твердые тела, в то время как ртуть — жидкая и крайне летучая (это обуславливает ее токсичность). Многие удивятся, но металл способен растворить в себе другой металл. Это и другие удивительные свойства мы постарались изложить в ходе этой части главы.
Цинк. Защитник металлических изделий
Цинк встречается чаще всего в полиметаллических рудах. Основным минералом же, в состав которого входит этот металл, считается сфалерит ZnS.
Рассказывая про медь, мы упоминали латунь — сплав меди и цинка. Он известен людям с незапамятных времен, однако чистый металл никак не использовался, скорее всего, потому, что его просто не могли выделить из руды. Первое упоминание цинка встречается в трудах швейцарского алхимика Парацельса. В 1721 году Генкель, известный как учитель М. В. Ломоносова, более подробно описал не только сам металл, но и некоторые его минералы и соединения.
До 60 % металлического цинка, производимого во всем мире, уходит на покрытие различных сплавов железа, в первую очередь сталей. Именно этот металл защищает железо от коррозии, которая уничтожает миллионы тонн сталей в год. Высокая химическая активность цинка обусловила его широкое применение в аккумуляторах.
Цинк необходим человеку для нормальной жизнедеятельности, однако особенно он важен мужчинам, ведь этот металл нужен для продукции мужских половых гормонов, нормального функционирования простаты. Интересно, что он входит в состав алкогольдегидрогеназы — фермента, отвечающего за расщепление алкоголя в организме.
Кадмий. Кому мы доверяем жизнь
Кадмий является очень интересным и достаточно редким элементом. История открытия этого элемента заслуживает особого внимания: в 1817 году проводилась ревизия аптек в немецком городе Магдебург, в ходе которой был запрещен один из препаратов. Тогда запрет был вынесен из-за вероятного содержания мышьяка. Естественно, производитель был не согласен с таким положением дел и провел собственный анализ на производстве, не выявив наличия этого крайне токсичного элемента. Власти в свою очередь запросили образцы препарата и направили их эксперту, профессору Штойеру. Ученый провел тщательный анализ и доказал, что производитель выпускал лекарство, не содержащее мышьяк, однако, попутно выделил сульфид на тот момент неизвестного металла — Cd. Нельзя забывать о том, что этот металл был открыт параллельно другим немецким химиком Л. Германом.
Кадмий составляет всего лишь 1,3×10-5 % массы земной коры (он в этом показателе уступает цинку больше чем в тысячу раз), основным же минералом цинка является невероятно красивый минерал гринокит, состав которого отражает формула CdS. Когда-то знаменитый импрессионист Клод Моне сказал о своей палитре: «Если коротко, то это свинцовые белила, желтый кадмий, вермильон, краплак, синий кобальт, хромовая зелень». Как читатель уже, вероятно, догадался, «желтый кобальт» — сульфид кадмия CdS. Стоит также упомянуть, что кадмий не встречается в свободном состоянии, в отличие от своей «старшей сестры» ртути, находящейся в этой же подгруппе.
Области применения кадмия обусловлены его высокой прочностью и устойчивостью к коррозии, ведь добавляя всего 1 % этого металла к меди повышает ее прочность примерно в 2 раза, при этом толком не уменьшая проводимости первой. Мало кто знает, что большое количество кадмия уходит на производство деталей в самолетостроении, даже шасси самолетов обязаны своей прочностью этому металлу. Также нельзя забывать про никель-кадмиевые батарейки, отживающие свой век.
Несмотря на относительную безопасность чистого металла, его растворимые соединения крайне токсичны и сопоставимы в этом с ртутью и мышьяком.
Ртуть. У кого-то убегает молоко, а у химика — металл
Этот металл знаком человеку с древности: индийцы, египтяне, китайцы использовали его в качестве основы для приготовления лекарственных препаратов. Ртуть встречается в трудах Аристотеля, Диоскорида и Теофраста. Названа она так, вероятно, потому, что ее ассоциировали с золотом. И если золото — солнечный металл, вполне логично назвать самый близкий к нему так же, как и ближайшую планету от Солнца — Меркурий (на английском ртуть — mercury).
Ртути на Земле достаточно мало: всего лишь 8,3×10-6 %, что примерно в 2,5 тысячи раз меньше цинка. Интересно, что ртуть преимущественно встречается в виде соединений, например, в составе киновари HgS. Однако она также обнаружена и в свободном состоянии.
Области применения элемента номер 80 ограничены его высокой токсичностью. Все мы слышали о ее способности поражать организм, но давайте разберем это несколько подробнее. Ртуть опасна при вдыхании ее паров, а также в виде растворимых в воде ее солей, также токсичны ее органические производные, например метилртуть [СH3Hg]+. Ртуть нарушает белковый обмен и ферментативную деятельность организма, а сильнее всего страдают нервная и выделительная системы. К сожалению, отравления парами или соединениями ртути плохо лечатся. Интересно, что у психологов есть термин «меркуриофобия», то есть боязнь ртути. До такой степени, конечно, ее бояться не стоит, однако обращаться с ней следует аккуратно. На нашем YouTube-канале вы можете посмотреть видео «Уран в Hg», где мы подробно рассказываем о свойствах ртути, а также демонстрируем ее высочайшую плотность, сравнивая с ураном.
Ртуть обладает интересным свойством — растворять в себе другие металлы. Подобные «сплавы» называют амальгамами. Амальгамы щелочных металлов используют в качестве мощных восстановителей (они хорошо отдают электроны). Также эти соединения играют свою роль в металлургии редких металлов, в производстве зеркал и люминесцентных ламп.
Подгруппа платины (VIIIБ)
Эта подгруппа выделяется в первую очередь своими размерами: в нее входят рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платина. Спектр покрываемых степеней окисления достаточно велик, так для палладия характерна +2, а для осмия +8. По внешнему виду все эти металлы похожи друг на друга (обладают белым блестящим цветом), а вот по физическим свойствам сильно различаются.
Как уже было отмечено, эти металлы называют благородными (также к благородным относят золото и серебро) ввиду их очень низкой химической активности. Здесь можно наблюдать подчас бедную фантазию химиков, ведь уже существуют благородные газы, названные так из-за того, что они практически не образуют химических соединений. С другой стороны можно предположить, что так ученые стремятся к созданию более или менее единых названий для групп элементов.
Рутений. Самый русский металл
Рутений — первый драгоценный металл, который будет описан в нашей книге, но его сложно назвать очень популярным. Применяют рутений в основном в ювелирном деле, правда говоря, не в чистом виде, а чаще всего в качестве легирующей добавки. Присутствие даже десятых долей процента этого металла в титановых сплавах значительно повышает их коррозийную стойкость, более того, легированные рутением сплавы платины имеют лучшую износостойкость и твердость.
Почему же рутений можно назвать «самым русским» металлом? Во-первых, металл открыт на территории Российской Империи в городе Казань в 1844 году отечественным ученым К. К. Клаусом. Он исследовал заводские платиновые осадки и в ходе ряда преобразований выделил сульфид на тот момент неизвестного металла. Во-вторых, химик дал ему название в честь России (Ruthenia — с латинского Россия).
Рутений можно назвать самым редким элементом из всей платиновой группы, это притом, что все металлы, в нее входящие, составляют лишь 10-6 % массы земной коры! Рутений встречается в природе в свободном состоянии, чаще всего в качестве примеси к самородной платине.
Нельзя также не упомянуть, что из рутения изготавливают резисторы, а чистый рутений применяют в микрочипах.
Родий. Не все то серебро, что блестит
Родий — драгоценный металл платиновой группы, находящий свое применение, главным образом, в машиностроении, а также в ювелирном деле. Название свое металл получил за цвет, в который окрашены его соединения, rhodon — с греческого розовый.
На Земле родия очень мало: примерно 10-4 г на тонну земной коры. Встречается родий в свободном состоянии, чаще всего являясь примесью к рудам, содержащим платину. Все металлы платиновой группы были обнаружены в составе метеоритов, упавших когда-то на Землю.
Промышленное производство родия сильно зависит от производства платины, поэтому и цены на этот металл крайне нестабильны. Больше всего родия добывает ЮАР, следующей страной по его добыче является Россия. Всего в год добывают порядка 30 тонн этого драгоценного металла, который очистить, к слову, от платины и других металлов платиновой группы очень сложно. Также есть возможность добывать родий из радиоактивных отходов, но из-за длительного периода полураспада одного из самых долгоживущих изотопов подобные попытки пока не были предприняты.
Самым крупным потребителем родия является машиностроение. Этот металл используют в качестве катализатора окисления монооксида углерода (CO), который очень токсичен, до углекислого газа (CO2).
Родий играет важную роль в ювелирном деле, ведь после серебра он является лучшим светоотражателем, простыми словами: блестит ярче. Им покрывают различные изделия и используют для изготовления зеркал измерительной техники.
Палладий. Металл, пожирающий водород
Палладий открыт Волластоном в 1803 году во время изучения остатка маточного раствора, после обработки последнего хл