оридом аммония (NH4Cl) с целью выделения хлороплатината. Назван же элемент был в честь астероида «Паллады», открытого чуть ранее (в 1802 году). Примечательна история, которая произошла с ученым после этого открытия. Когда ученый смог выделить в достаточном количестве новый металл, он не стал докладывать о своем открытии, а решил разыграть общественность: Волластон дал объявление в газету, что у некоего торговца минералами появилось новое серебро. Эта реклама заинтересовала другого ученого Ченевико, поэтому он приобрел это «новое серебро» и в ходе анализа пришел к выводу, что это всего лишь сплав ртути и платины, что и опубликовал в прессе. В ответ на это Волластон анонимно объявил, что готов выплатить 20 фунтов стерлингов тому, кто сможет изготовить «новое серебро». Вполне очевидно, что подобное никому не удалось.
Палладий — самый распространенный металл платиновой группы после платины, его содержание в земной коре оценивается примерно в 10-3-10-2 г/т или же 10-6 %.
Самым значимым применением этого драгоценного металла с человеческой точки зрения является производство кардиостимуляторов: некоторые детали этих высокотехнологичных приборов сделаны из палладия. Также его применяют и в стоматологии, изготавливая из его сплава с золотом и платиной зубные протезы.
Осмий. Самый плотный
Осмий — самый плотный металл во вселенной. Этот металл был открыт Теннантом в 1804 году в ходе работы с платиной. Он растворял ее в царской водке (смеси соляной и азотной кислот). Часть металла осталось нерастворенной. Позднее ученый пришел к выводу, что нерастворимая часть — сплав двух металлов. Так был открыт и отделен от иридия осмий.
К сожалению, осмий является наименее используемым металлом из всех входящих в платиновую группу. В первую очередь это объясняется его редкостью, во-вторых, высочайшей стоимостью. Поэтому применяют его лишь в том случае, если достойной замены ему просто нет. Хоть осмий и является рекордсменом по плотности, главной его заслугой для промышленности считается твердость. В этом параметре осмий уступает лишь хрому. Особое место среди сплавов осмия занимает его сплав с платиной (90 % Pt, 10 % Os). Из него изготавливают кардиостимуляторы и импланты сердечных клапанов.
Важнейшим соединением осмия по праву считается его тетраоксид OsO4. Без него было бы невозможно производство аммиака, некоторых лекарственных препаратов.
Иридий. Под Нобелевскую премию
За что химики любят свой предмет? Мы сошлись во мнении, что нам нравятся логика и возможность строить аналогии, как это делал, например, Менделеев, предсказывая новые элементы. Так элементы, находящиеся в одной подгруппе, обладают схожими свойствами. Порой их почти не отличить. Иридий не так сильно напоминает осмий, правда открыты они были одновременно, поэтому повторно останавливаться с вашего позволения на этой истории мы не станем.
Используется этот металл достаточно редко. Из него изготавливают долговечные свечи зажигания. Гораздо чаще применяют сплавы с добавлением этого металла: сплавы с вольфрамом и торием используют для изготовления термоэлектрических электрогенераторов. С родием и рением — для изготовления термопар. Интересно, что трубы, которые прокладывают по морскому дну, нередко делают из сплава титана с иридием, ведь он отличается своей устойчивостью к коррозии. Всем хорошо известная уксусная кислота была бы не такой доступной, если бы не соединения иридия, обладающие каталитической активностью. Они ускоряют реакцию окисления уксусного альдегида до уксусной кислоты. Сам иридий тоже используют в качестве катализатора, правда в этом случае уже для ускорения сгорания ракетного топлива.
В 1958 году Рудольф Мессбауэр сделал одно из величайших открытий в физике за XX век: он открыл резонансное испускание и поглощение гамма-лучей без отдачи. В 1961 году за свои труды он был вознагражден Нобелевской премией. А наблюдал он впервые этот эффект, работая с одним из изотопов иридия. Так обсуждаемый нами металл внес весомый вклад в развитие смежной с химией науки — физики.
Платина. Высший класс
Платина известна человеку не так долго, как золото, медь или серебро. Однако ее открыли гораздо раньше всех остальных металлов платиновой подгруппы. В 1557 году этот металл был впервые описан итальянским врачом Скалингером. Платина изначально не была в цене, так как из нее почти ничего не удавалось сделать из-за высокой температуры плавления.
В природе платина встречается чаще всего в свободном состоянии. Так называемая самородная платина содержит до 80 % Pt, около 10 % других металлов подгруппы платины, еще 10 % приходятся чаще всего на железо, золото и медь.
С 60-ых годов прошлого столетия спрос на платину неустанно растет. До начала II Мировой войны около половины добываемой платины уходило на нужды ювелирного дела. На данный момент ситуация сильно отличается: 90 % этого благородного металла используют в науке и промышленности. Из-за высокой химической инертности, устойчивости к высоким температурам из платины делают большой спектр химического оборудования, начиная от лопаток и заканчивая электродами. На химических производствах этим металлом покрывают стенки реакторов изнутри, так как платина не подвержена влиянию агрессивных сред. Иногда реакторы полностью делают из платины, правда, это очень дорогое мероприятие.
Интересно, что эталон килограмма выполнен на 90 % из платины, 10 % приходятся на иридий.
Лантаноиды
Если посмотрим в основную часть таблицы, где находится лантан, имеющий порядковый номер 57, а затем взглянем на следующий за ним элемент гафний под номером 72, то у нас логично возникнет вопрос: «а где же еще 14 элементов?» или «почему нумерация сбилась?» Чтобы ответить на эти вопросы, давайте взглянем под таблицу Менделеева, так сказать, в ее «подвал». Там мы увидим две строчки элементов, которые почему-то находятся не в самой таблице: церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, туллий, иттербий, лютеций. И нумерация их от 58 до 71, как раз те самые недостающие элементы.
Эти элементы можно было оставить в самой таблице и не выносить их под нее, но тогда таблица получилась бы очень длинной и ее сложно было бы печатать. Поэтому для удобства их разместили в «подвале» таблицы.
Теперь давайте разберем физический смысл выноса данных элементов под таблицу. Мы уже рассмотрели s, p и d элементы. Мы знаем, что чем дальше от ядра атома находятся электронные оболочки, тем более причудливой формы они становятся. Электроны в атомах всегда занимают устойчивые орбитали, где они обладают минимумом энергии. В случае с лантаноидами то же самое. Так получается, что 58 электрону выгоднее находиться не на d-орбитали, а на f-орбитали. Причем энергетически он находится ниже, чем на 5d-орбитали. Этот 58 электрон и все остальные до 71 включительно располагаются на 4f орбитали, так как находиться там энергетически выгоднее. Отвечать почему, мы не будем, так как придется влезать в дебри квантовой механики.
По своим свойствам лантаноиды очень похожи друг на друга. Это приводит к тому, что в природе они всегда сопутствуют друг другу. А это в свою очередь приводит к тому, что их трудно разделить и получить индивидуальные металлы этих элементов. Все лантаноиды делят на две группы: цериевую и иттриевую. К цериевой группе относятся лантан и все элементы от церия до гадолиния включительно. К иттриевой группе относятся элементы от тербия до лютеция. Внутри этих подгрупп свойства элементов еще более схожи между собой. Деление на данные группы связано с электронными конфигурациями данных элементов и провалами электронов с одного уровня на другой.
Актиноиды
Кроме латаноидов в таблице существует еще одна группа элементов, которые также находятся в этом «подвале» — актиноиды. Как вы уже поняли, они называются в честь родоначальника этого ряда — актиния. В этот ряд входит 14 элементов от тория до лоуренция, плюс сам актиний. Все они радиоактивны.
Актиний, торий, протактиний, уран, нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий, лоуренсий. Данная группа элементов интересна тем, что в нее входят все три кита атомной энергетики — торий, уран, плутоний.
Как и в случае с лантаноидами, все элементы ряда актиноидов имеют схожие химические свойства. Это приводит к тому, что разделить их между собой химическими методами крайне тяжело.
Актиний. Отец рода
Молодой химик Дебьерн в 1899 году предложил назвать новый открытый элемент актинием (от греческого «излучение, свет») по аналогии с радием. Правда говоря, здесь существует небольшой парадокс: элемент, названный «излучающим», не мог быть открыт по его излучению. Самый долгоживущий изотоп 227Ac распадается, испуская очень мягкие, малоэнергетичные бета-лучи. Проще говоря, атомы актиния данного сорта превращаются в атомы другого элемента, при этом испуская из себя электроны. Ученые того времени не обладали оборудованием, которое было бы способно зафиксировать такое излучение. Дебьерн открыл новый элемент не по его излучению, а по излучению его дочерних продуктов. По сути дела, он фиксировал излучение изотопа тория, который и является дочерним продуктом деления актиния.
Актиний подобен лантану и имеет схожие химические свойства, так как они имеют одинаковую валентность III, близкие атомные радиусы и почти идентичное строение большинства соединений. Содержание актиния в природе измеряется десятимиллиардной долей процента. Однако его все же удалось получить в элементарном виде, то есть в виде чистого металла.
Оказалось, что актиний — серебристо-белый металл, довольно тяжелый (плотность чуть больше 10 г/см3, для сравнения плотность воды 1 г/см³), при этом весьма химически активный. Температуры плавления и кипения определены теоретически и примерно составляют 1040 °C и 3200 °C соответственно.