Легкоплавкие металлы

Легкоплавкие металлы

Введение

Мы живем в удивительное время: на наших глазах человек проложил первые дороги в космос, овладел энергией атомного ядра, создал «мыслящие» машины, проник в тайны живой клетки.

Новые области науки и техники необычайно интересны. Но есть такая сфера человеческой деятельности, которая хоть и стара, как мир, однако ничуть не менее интересна, чем космонавтика или ядерная физика, кибернетика или микробиология. Это не что иное, как металлургия - производство и обработка металлов, получение разнообразных сплавов.

Мир металлов необычайно богат и интересен. Сейчас уже, пожалуй, нет такой области новой техники, где бы в той или иной степени не применялись металлы, их сплавы или разнообразные соединения.

Все металлы условно поделены на черные и цветные. Черные металл обычно имеют темно-серый цвет, большую плотность (кроме щелочных), высокую температуру плавления, относительно высокую твердость. Некоторые из них (железо, титан, кобальт, марганец, цирконий, уран и др.), обладают полиморфизмом (аллотропией). Наиболее типичным черным металлом является железо.

Цветные металлы имеют красную, желтую, белую окраску. Они обладаю большой пластичностью, малой твердостью, низкой температурой плавления. Цветные в свою очередь делятся на легкие (бериллий, магний, алюминий), благородные металлы (рутений, радий, палладий, осмий, иридий, платина, золото, серебро и полублогородная медь) и легкоплавкие металлы (цинк, кадмий, ртуть, галлий, индий, талий, германий, олово, свинец, мышьяк, сурьма, висмут).

В данной работе я попыталась раскрыть всю важность легкоплавких металлов на примере основных пяти представителей этой группы: свинца, цинка, ртути, олова и лития. У каждого из этих металлов своя неповторимая история и свое место в современном мире.

1. Свинец (327 ^оС)

Тяжёлый металл серебристо-серого цвета.

Латинское plumbum дало английское слово plumber - водопроводчик. «Древний Рим отравился свинцом», - к такому выводу пришли некоторые американские и канадские ученые-токсикологи. По их мнению, использование свинцовой посуды (бутылей, бокалов, чаш) и косметических красок, содержащих соединения свинца, приводило к хроническому отравлению и вымиранию римской знати. Известно, что многие императоры, правившие Римом в первые столетия нашей эры, т.е. в последний период существования империи, страдали теми или иными психическими заболеваниями. Средняя продолжительность жизни римских патрициев не превышала 25 лет. Люди низших сословий в меньшей степени подвергались свинцовому отравлению, поскольку они не имели дорогой посуды и не употребляли косметических средств. Но и они пользовались знаменитым водопроводом, «сработанным еще рабами Рима», а трубы его, как известно, были сделаны из свинца. Люди вымирали, империя чахла. Разумеется, виноват в этом был не только свинец. Существовали и более серьезные причины - политические, социальные, экономические. И все же доля истины в рассуждениях американских ученых безусловно есть: обнаруживаемые при раскопках останки древних римлян содержат большие количества свинца.

Все растворимые соединения этого элемента ядовиты. Установлено, что вода, которая питала Древний Рим, была богата углекислым газом. Реагируя со свинцом, он образует хорошо растворимый в воде кислый углекислый свинец. Поступающий даже в малых порциях в организм свинец задерживается в нем и постепенно замещает кальций, который входит в состав костей. Это приводит к хроническим заболеваниям.

На «совести» свинца лежит не только погубленный Рим, но и другие темные дела. Во времена разгула инквизиции иезуиты использовали расплавленный свинец как орудие пыток и казни. В Индии еще в начале прошлого века, если человек низшей касты сознательно или нечаянно подслушивал чтение священных книг брахманов, ему вливали в уши расплав свинца (чтобы сохранить свою власть над народом, жрецы Вавилона, Египта, Индии издавна держали свои знания в глубокой тайне). С тех пор как изобрели огнестрельное оружие и из свинца начали отливать смертоносные пули для ружей и пистолетов, он стал одним из самых «веских аргументов» в споре враждующих сторон. Свинец не раз решал исход и грандиозных военных баталий, и мелких гангстерских потасовок.

Может сложиться впечатление, что, кроме вреда, от свинца ничего не дождешься, и поэтому ближайшая и главная задача человечества - полностью избавиться от этого злого металла, принесшего уже столько бед и горя. Но люди почему-то не стремятся к такому избавлению, а, напротив, постоянно расширяют производство свинца. Из всех цветных металлов лишь алюминий, медь и цинк производятся в большем количестве, чем свинец.

«Полезная деятельность» свинца в истории человечества:

·        В 1859 году французский физик Гастон Планте изобрел химический источник тока - свинцовый аккумулятор. За прошедшие сто с лишним лет в мире изготовлено огромное количество этих простых, но надежных устройств для накопления энергии: примерно треть всей мировой добычи свинца расходуется на «нужды» аккумуляторов.

·        В бензиновых двигателях горючую смесь, перед тем как поджечь, сжимают, и чем сильнее это сжатие, тем экономичнее работает двигатель. Но при значительной степени сжатия горючая смесь взрывается, не дожидаясь, когда ее подожгут. Естественно, такая «самодеятельность» недопустима. На помощь пришел тетраэтилсвинец. Небольшие добавки его к бензину (меньше 1 грамма на литр) предотвращают взрывы, заставляя топливо сгорать равномерно, а главное - в тот самый момент, когда это нужно.

·        В электротехнической промышленности этот металл служит надежной и достаточно эластичной оболочкой кабелей.

·        Химические заводы и предприятия цветной металлургии для защиты оборудования от коррозии производят свинцевание (покрытие тонким слоем свинца) внутренней поверхности камер и башен для производства серной кислоты, труб, травильных и электролизных ванн.

·        Вместе с сурьмой и оловом свинец уже несколько столетий входит в состав гарта - типографского сплава, из которого делают шрифты и другие элементы набора для книг, газет и журналов. «Больше, чем золотом, - писал немецкий просветитель XVIII века Георг Кристоф Лихтенберг, - мир изменен свинцом, притом свинцом не из дула ружья, а свинцом из наборной кассы».

·        Вот уже несколько столетий миру известен хрусталь - стекло, прозрачное, как утренняя роса, радующее веселой игрой света и чистым мелодичным звоном. А своим появлением хрусталь обязан… случаю и свинцу. В начале XVII века английские стеклоделы перешли с дровяного отопления на угольное. Все было бы хорошо, если бы не копоть, которой стало намного больше: попадая в стеклянную массу, частицы копоти делали стекло темным и мутным. Чтобы избежать этого, стекло стали варить в закрытых горшках, но оно часто не проваривалось, и тогда-то, а точнее в 1635 году, мастера стекольных дел решили добавить в массу свинец, понижавший температуру ее плавления. И произошло чудо: бокал из нового стекла сверкал, как алмаз, и рождал чарующий звон. По сходству с красивыми природными кристаллами горного хрусталя свинцовое стекло также стали называть хрусталем.

·        С давних пор известны и краски, содержащие этот элемент. Свинцовые белила, например, умели изготовлять еще три тысячи лет назад. Крупнейшим поставщиком белил считался в те времена остров Родос. Способ, по которому здесь изготовляли краску, был далеко не совершенным, но достаточно надежным. В бочку наливали раствор уксуса, сверху укладывали ветки кустарника, а на них - куски свинца, после чего бочки плотно закупоривали. Когда спустя некоторое время их открывали, свинец оказывался покрытым белым налетом. Это и были белила. Их соскабливали с металла, упаковывали в тару и вывозили в различные страны.

·        В медицине соединения свинца используют как вяжущие, болеутоляющие и противовоспалительные средства. Уксуснокислый свинец, например, известен как «свинцовая примочка». За сладковатый вкус ее иногда называют свинцовым сахаром. Но ни в коем случае нельзя забывать, что этот «сахар» может вызвать сильное отравление организма.

·        Металлический свинец оказался одним из самых «непрозрачных» материалов для всех видов радиоактивных и рентгеновских лучей.

Интересные факты:

·        Одному из «любителей» хрусталя свинец, напротив, принес крупные огорчения. Однажды соответствующие органы расследовали дело о пожаре. Дом сгорел дотла, но к счастью для владельца, все имущество было полностью застраховано и ему причиталась солидная сумма, поскольку, по его словам, среди прочих вещей в доме хранилась ценная коллекция хрусталя - огонь превратил его в бесформенные куски стеклоподобной массы. Однако работники, проводившие расследование пожара, усомнились в том, что перед ними «останки» хрусталя и отправили их на экспертизу. И вот флюоресцентный анализ показал, что содержание свинца в исследуемом веществе крайне мало, в то время как в хрустале он должен присутствовать в значительных количествах. В результате хрусталь оказался обычным стеклом, а дело о пожаре - делом о поджоге. Как выяснилось, хозяин дома предварительно вывез все ценности, заменил хрусталь стеклом, а затем поджег свой дом и стал терпеливо дожидаться крупного страхового возмещения. Но помешал свинец.

·        Однажды в афинском порту Пирее, где стоял корабль с грузом свинцовых белил, вспыхнул пожар. Поблизости в этот момент находился художник Никий. Зная, что на горящем корабле имеются краски, он поднялся на него, в надежде спасти хоть один бочонок: краски тогда стоили дорого, да и достать их порой было нелегко. К удивлению Никия, в обуглившихся бочонках он увидел не белила, а какую-то густую массу ярко-красного цвета. Взяв один из бочонков, художник покинул корабль и поспешил в свою мастерскую. Содержимое бочонка оказалось отличной краской. Впоследствии ее назвали суриком и стали получать пережигая свинцовые белила.

·        Известен случай, когда богатое свинцовое месторождение было обнаружено в Америке в результате… лесного пожара: на месте сгоревшего леса под слоем золы были найдены крупные слитки свинца. Пожар «выплавил» его из руд, находившихся под корнями деревьев. Вероятно, таким путем первый свинец и попал в руки доисторических обитателей нашей планеты.

·        Самым древним дошедшим до нас изделием из свинца считают египетскую фигуру, хранящуюся в Британском музее: ее возраст более шести тысяч лет.

·        Свинец - самый мягкий из всех обычных металлов: он легко царапается даже ногтем. Знаменитый немецкий зоолог Альфред Эдмунд Брем в своем популярном труде «Жизнь животных» приводит любопытный факт: осы, стремясь оказаться на свободе, ухитрились прогрызть стенки свинцового ящика толщиной 43 миллиметра.

·        Боспор Киммерийский - так в древности назывался Керченский пролив - веками был оживленным морским путем. Не случайно на дне моря у побережья Таманского полуострова подводные археологи довольно часто находят металлические предметы, части обшивки и другие следы затонувших кораблей. Летом 1980 года поисковые работы в этих местах вели аквалангисты московского клуба «Энергия» совместно с водолазами Карченского историко-археологического музея. Интересных находок оказалось немало. Первым был найден свинцовый шток якоря древнегреческого судна. К удивлению членов экспедиции металл, пролежавший на дне более двух тысячелетий, покрылся лишь тонким темным слоем морских отложений: стоило чуть-чуть потереть шток, как обнажалась его темно-серая поверхность. Дело в том, что ядовитые окислы свинца явно не по вкусу моллюскам, рачкам, и другим подводным «прилипалам», и они избегают селиться на свинцовых предметах. Вот почему древние греки охотно использовали свинец в качестве материала для обшивки бортов своих кораблей.

·        Несколько лет назад советские археологи нашли на острове Березань, расположенном в Черном море при входе в Днепровский лиман, древнегреческое письмо на тонкой свинцовой пластинке, свернутой трубочкой. Подобное письмо было обнаружено при раскопках руин древнего города Ольвии на берегу Буга. Такие письма были весьма распространены в Древней Греции, но в коллекции современных ученых их всего пять. Все потому, что, совершенно игнорируя интересы своих любознательных потомков, адресат, прочтя такое письмо, обычно использовал его затем для изготовления разновесов и грузил, для ремонта крыши и других целей.

2. Цинк (419^оС)

металл легкоплавкий свинец литий

Хрупкий металл голубовато-белого цвета

Слово «цинк» впервые встречается в трудах Парацельса, который назвал этот металл словом «zincum» или «zinken. Это слово, вероятно, восходит к нем. Zinke, означающее «зубец» (кристаллиты металлического цинка похожи на иглы).

С цинковыми рудами человек знаком с давних времен: еще в древности, более трех тысяч лет назад, многие народы умели выплавлять латунь - сплав меди с цинком. Но вот в чистом виде цинк долго не давался в руки химикам и металлургам: извлечь этот металл из его оксида оказалось нелегким делом. Чтобы разорвать узы, связывающие цинк с кислородом, нужны были высокие температуры, заметно превышающие температуру его кипения, поэтому образовавшиеся пары цинка, встречаясь с кислородом воздуха, снова превращались в оксид. Разорвать этот замкнутый круг долгое время не удавалось. Все же древние мастера Индии и Китая примерно в V веке до н.э. научились конденсировать пары цинка без доступа воздуха в глиняных сосудах и получать таким путем слитки синевато-белого металла. Но позднее секрет получения этого металла оказался утерянным. Вплоть до второй половины XVII века цинк доставлялся в Европу из стран Востока и считался большой редкостью.

В 1721 году немецкий химик и металлург Иоганн Фридрих Генкель (у него учился молодой М.В. Ломоносов в период пребывания во Фрейберге) сумел выделить цинк из минерала галмея. Генкель «сжег» галмей, а из образовавшейся «золы» получил блестящий металлический цинк, который он в своих сочинениях уподобил птице Феникс, восставшей из пепла.

В наши дни мировая выплавка этого металла измеряется миллионами тонн. По масштабам производства он занимает третье место среди цветных металлов, уступая лишь признанным грандам цветной металлургии - алюминию и меди. Однако у цинка есть одно неоспоримое преимущество перед большинством промышленных металлов - малая стоимость, обусловленная простотой получения. Наряду с древним дистилляционным процессом, на цинковых заводах широко применяется электролитический способ, при котором цинк осаждается на алюминиевых катодах, а затем переплавляется в индукционных печах.

«Трудовая деятельность цинка»:

·        В современных химических источниках тока цинковые пластины играют «отрицательную роль» - служат электродом со знаком «минус», где происходит окисление металла.

·        Первое из них произошло в 1850 году: француз Жилло предложил оригинальный способ изготовления типографских клише. На цинковую пластину кислотостойкой краской вручную наносили рисунок и затем поверхность металла протравливали азотной кислотой. При этом окрашенные участки оставались целыми и невредимыми, а в местах, где не было краски, кислота «съедала» цинк, образуя углубления. Изображение становилось рельефным и при печати на бумаге появлялся нужный рисунок. В дальнейшем жиллотипия (так поначалу назывался этот способ) заметно усовершенствовалась и превратилась в цинкографию, с помощью которой печатные машины всего мира ежедневно воспроизводят несметное число рисунков и фотографий в книгах, газетах, журналах.

·        В 1887 цинковая пластинка стала, «соучастницей» интересного изобретения: немецкий инженер Берлинер, работавший в США, создал свой аппарат для воспроизведения звука - граммофон, предложив использовать в качестве звуконосителя цинковый диск, покрытый тонким слоем воска. С диска можно было снять металлическую копию - матрицу для массового производства граммофонных пластинок.

·        В современной технике применяется не только монолитный цинк, но и цинковая пыль. Так, пиротехникам она помогает окрашивать пламя в голубой цвет. Металлурги используют ее для извлечения из цианистых растворов золота и серебра.

·        Почти половина всего мирового производства этого металла идет на защиту стали от злейшего врага - ржавчины, пожирающей ежегодно десятки миллионов тонн железа. Оцинкованные ведра и корыта, кровля домов и водосточные трубы служат долгие годы, в то время как на обычной листовой стали первый же дождик может нарисовать рыжие разводы. Подобно тому как женщина, по выражению кого-то из мудрецов, сильна своей слабостью, цинк надежно защищает железо от коррозии, потому что сам… бессилен ей противостоять. Цинк характеризуется большей химической активностью, чем железо, и при возникновении угрозы окисления он тут же подставляет себя под удар: жертвуя собой, спасает от гибели железо. Не случайно такой способ защиты иногда называют «жертвенным».

·        Примерно два столетия назад во Франции и Англии появились цинковые белила, которые, в отличие от применявшихся издавна свинцовых, были безвредны для человеческого организма и поэтому быстро вошли в обиход. Вскоре новую краску стали изготовлять и в других странах.

Интересные факты:

·        В Индии есть селение Бидар, известное своими декоративными изделиями, которые местные мастера изготовляют из сплава меди, цинка и олова. Литые заготовки - кувшины, тарелки, статуэтки - покрывают особым раствором, после чего металл становится совершенно черным. Затем художники наносят на него разные узоры или рисунки, напоминающие инкрустацию серебром. Эти узоры никогда не тускнеют, чем и объясняется популярность изделий из Бидара не только в Индии, но и далеко за ее пределами.

·        Обычно цинк и медь выступают в сплавах как союзники, дополняя и обогащая друг друга. Но вот недавно они оказались в положении «конкурирующих фирм», причем цинк в буквальном смысле вытеснил медь из сплава. Произошло это в США, где до последнего времени цент - самая мелкая монета - чеканился из сплава, содержащего 95% меди и 5% цинка. Несколько лет назад принято решение изменить состав сплава. В него войдут те же компоненты, но уже совсем в другом соотношении: 97,6% цинка и всего 2,4% меди. Эта «перестановка» обусловлена тем, что цинк значительно дешевле меди, в связи с чем рационализаторское предложение финансистов сулит казне немалую выгоду.

·        Многие свойства этого металла зависят от его чистоты. Как правило, он легко растворяется в кислотах, но если довести чистоту до «пяти девяток» (99,99%), то те же кислоты уже не могут справиться с ним даже при сильном нагревании. Чистота служит для цинка залогом не только химической неуязвимости, но и высокой пластичности: такой металл легко вытягивается в тончайшие нити. А вот обычный технический цинк проявляет довольно капризный характер: он соглашается прокатываться в ленту, листы и пластины лишь в определенном интервале температур - от 100 до 150°С, а при обычных температурах и выше 250°С вплоть до точки плавления этот металл весьма хрупок - его можно без труда растереть в порошок.

·        Наиболее распространенный минерал цинка - сфалерит, который называют также цинковой обманкой. За какие же грехи получил камень такое обидное прозвище? По-видимому, это связано с тем, что примеси различных элементов окрашивают минерал во всевозможные цвета - в них немудрено запутаться и принять сфалерит за что-нибудь другое. В горах Алтая часто попадается так называемая «бурундучная» руда, представляющая собой смесь цинковой обманки и бурого шпата. Эти полосатые камни и впрямь похожи на лесного зверька.

. Ртуть (39 ^оС)

Тяжёлая жидкость серебристо-белого цвета.

Русское название ртути происходит от праславянского причастия *rьtǫtь, связанного с лит. rìsti «катиться». Символ Hg заимствован от устаревшего латинского алхимического названия этого элемента Hydrargyrum (греч. хидраргирос - жидкое серебро).

Впервые ртуть была заморожена в 1759 году. В твердом состоянии она представляет собой серебристо-синеватый металл, напоминающий по внешнему виду свинец. Если ртуть налить в форму, имеющую очертания молотка, а затем быстро охладить до затвердевания, например, жидким воздухом, то ртутным молотком можно с успехом забить гвоздь в доску, но при этом нужно торопиться, поскольку такой инструмент весьма недолговечен и может растаять на глазах.

Ртуть - самая тяжелая из всех известных жидкостей: ее плотность 13,6 грамма на кубический сантиметр. Это значит, что литровая бутылка ртути весит больше, чем ведро с водой. Если бы какому-нибудь штангисту пришлось опустить свою стальную штангу не на помост, а в резервуар с ртутью, то этот тяжелейший снаряд не утонул бы в ней, а остался бы покачиваться на поверхности жидкого металла, как пробка в воде: ведь железо значительно легче ртути.

Человек знаком со ртутью с доисторических времен. Она упоминается в трудах Аристотеля, Теофраста, Плиния Старшего, Витрувия и других древних ученых.

Основной ртутный минерал - киноварь. Это красивый камень, словно покрытый алыми пятнами крови.

Ртуть на службе человечества:

·        Различные соединения ртути широко применяют в медицине: так, сулема обладает дезинфицирующими свойствами; каломель служит слабительным; меркузал используют как мочегонное средство; некоторые ртутные мази употребляют при кожных и других заболеваниях.

·        Способность ртути растворять многие металлы, образуя так называемые амальгамы, была замечена еще до нашей эры. Амальгамы помогли английскому ученому Гемфри Дэви впервые в истории выделить в свободном виде барий, стронций, магний: он сначала получал амальгамы этих элементов, а затем уже отделял их от ртути. Амальгамы использовали для покрытия медных церковных куполов тончайшим слоем золота. Таким способом был позолочен, например, купол великолепного Исаакиевского собора, созданного в 1818-1858 годах в Петербурге по проекту Огюста Монферрана. Амальгамы и сейчас применяют в ряде случаев для золочения металлических изделий (разумеется, при этом дело обходится без жертв), в производстве зеркал, в зубоврачебном деле, в лабораторной практике. Из ртутной соли гремучей кислоты (гремучей ртути). изготовляют взрывчатые вещества.

·        Широко применяют в технике ртуть и в чистом виде. В химической промышленности, например, она участвует в производстве хлора, едкого натра, синтетической уксусной кислоты.

·        Весьма надежны и долговечны ртутные вентили, служащие для выпрямления переменного тока.

·        Ртутно-кварцевые лампы позволяют получить интенсивное ультрафиолетовое излучение. В медицине эти лампы служат для обезвреживания воздуха в операционных залах, для облучения организма человека в лечебных целях.

·        Разреженными парами ртути с добавкой аргона наполнены стеклянные трубки люминесцентных ламп. Еще до войны была предпринята попытка использовать ртутные лампы для освещения улицы Горького в Москве. Но вскоре от этих ламп пришлось отказаться, так как излучаемый ими мертвенно-бледный свет придавал лицам людей малопривлекательный землистый оттенок, а губная помада, например, из красной превращалась в зеленую. В дальнейшем удалось разработать специальные составы - люминофоры, которые, будучи нанесенными на внутреннюю поверхность ламп, позволяют получать свет различной окраски, в частности белый свет, очень близкий к дневному.

·        Ртуть - главное действующее лицо во многих физических приборах - манометрах, барометрах, вакуумных насосах. Но, пожалуй, наиболее распространенные ртутные приборы - это термометры.

Интересные факты:

·        в литературе описаны случаи, когда при завороте кишок больному вливали в желудок некоторое количество ртути (200-250 граммов). По мнению древних эскулапов, ртуть благодаря своей тяжести и подвижности должна была пропутешествовать по хитросплетениям кишок и расправить своей тяжестью их перекрутившиеся части. Можно представить, к каким результатам приводили подобные эксперименты.

·        как установили историки ртутное отравление было причиной смерти и английского короля Карла II из династии Стюартов. Правда, в этом случае виноват был сам пострадавший. Увлекшись алхимическими идеями, король оборудовал при дворе лабораторию, где проводил все свободное от государственных дел и охоты время, прокаливая и перегоняя ртуть, пользовавшуюся у алхимиков большой популярностью.

·        Придворный алхимик Генриха VI обнаружил, что натертая ртутью медь приобретает серебристый оттенок, и король оперативно внедрил это открытие в жизнь: он выпустил под видом серебряных большую партию медных монет, покрытых ртутью, прикарманив при этом солидную сумму.

·        В дошедших до наших дней алхимических рецептах ртуть часто называют Меркурием. Это название было дано металлу еще в Древнем Риме за способность капелек ртути быстро бегать по гладкой поверхности, чем она, по мнению римлян, напоминала хитрого, ловкого и изворотливого бога Меркурия - покровителя торговли.

·        Ртуть оказалась причастной к одному из важнейших научных открытий нашего столетия - открытию явления сверхпроводимости. В 1911 году голландский физик и химик Хейке Камерлинг-Оннес, изучая свойства различных веществ при низких температурах, обнаружил, что вблизи абсолютного нуля, точнее при 4,1 К, ртуть полностью перестает оказывать сопротивление электрическому току. Спустя два года ученый был удостоен Нобелевской премии.

4. Олово Sn (232^оС)

Серебристо-белый мягкий, пластичный металл (β-олово) или серый порошок (α-олово).

Латинское название stannum, связанное с санскритским словом, означающим «стойкий, прочный», первоначально относилось к сплаву свинца и серебра, а позднее к другому, имитирующему его сплаву, содержащему около 67% олова; к IV веку этим словом стали называть собственно олово.

Слово олово - общеславянское, имеющее соответствия в балтийских языках (ср. лит. alavas, alvas - «олово», прусск. alwis - «свинец»). Оно является суффиксальным образованием от корня ol - (ср. древневерхненемецкое elo - «жёлтый», лат. albus - «белый» и пр.), так что металл назван по цвету.

Олово (как, впрочем, и другие металлы) может иметь различные кристаллические формы. При комнатной и более высокой температуре самой устойчивой модификацией (разновидностью) является белое олово - вязкий, пластичный металл. При температуре ниже 13°С кристаллическая решетка олова перестраивается так, чтобы атомы расположились в пространстве менее плотно. Образующаяся при этом новая модификация - серое олово - уже теряет свойства металла и становится полупроводником. Внутренние напряжения, которые возникают в местах контакта разных кристаллических решеток, приводят к тому, что материал трескается и рассыпается в порошок. Одна модификация переходит в другую тем скорее, чем ниже окружающая температура. При -33°С скорость этого превращения достигает максимума. Вот почему сильные морозы так быстро и безжалостно расправляются с оловянными изделиями.

Но ученые научились делать олову «прививки», обеспечивающие металлу иммунитет против «оловянной чумы». Подходящей для этой цели «вакциной» служит, например, висмут. Атомы висмута, поставляя дополнительные электроны в решетку олова, стабилизируют его состояние, что полностью исключает возможность «заболевания».

Чистое олово обладает любопытным свойством: при изгибе прутков или пластинок этого металла слышен легкий треск - «оловянный крик». Этот характерный знак возникает вследствие взаимного трения кристаллов олова при их смещении и деформации. Сплавы же олова с другими металлами в подобных ситуациях, как говорится, держат язык за зубами.

Применение олова:

·        Почти половина всего добываемого в мире олова расходуется сегодня на производство белой жести, используемой главным образом для изготовления консервных банок. Здесь в полной мере проявляются ценные качества металла: его химическая устойчивость по отношению к кислороду, воде, органическим кислотам и, вместе с тем, полная безвредность его солей для человеческого организма. Рано или поздно пустая жестяная банка попадает на мусорную свалку, однако олову (а в каждой банке его примерно полграмма) не грозит быть здесь навеки погребенным: человек заботится о том, чтобы извлечь ценный металл и вновь использовать его для своих нужд. Собранные жестянки направляются в специальную установку, где под действием щелочей и электрического тока железо вынуждено снимать оловянную рубашку. Из этой своеобразной «бани» выходят очищенная жесть и светлые оловянные слитки - они готовы снова превратиться в консервные банки.

·        Благодаря сравнительно низкой температуре плавления этот металл снискал репутацию основного компонента припоев и легкоплавких сплавов.

·        Хорошие литейные свойства, ковкость, красивый серебристо-белый цвет открыли перед оловом двери декоративно-прикладного искусства. Еще в Древней Греции и Древнем Египте из него выполняли украшения, напаянные на другие металлы.

·        Олово - один из немногих материалов, используемых для изготовления органных трубок: считается, что этот металл придает звуку силу и чистоту.

·        С давних пор олово - важная составляющая различных бронз, типографских сплавов, баббитов (такое название получили изобретенные еще в 1839 году американцем Баббитом подшипниковые сплавы, способные стойко сопротивляться истиранию).

·        В технике широко применяются и многочисленные химические соединения олова. Они служат протравой при крашении хлопка и шелка, придают фарфору и стеклу красные оттенки, выступают в роли золотистой краски, при необходимости создают плотные дымовые завесы.

·        Органические соединения этого элемента делают ткани водоотталкивающими, предотвращают гниение древесины, уничтожают насекомых-вредителей.

Интересные факты:

·        В начале 1912 года экспедиция, наконец, достигла Южного полюса, но к своему великому разочарованию Скотт обнаружил там записку: выяснилось, что на месяц раньше здесь побывал норвежский путешественник Руаль Амундсен. Но главная беда поджидала Скотта на обратном пути. На первом же складе не оказалось керосина: жестянки, в которых он хранился, стояли пустые. Уставшие, продрогшие и голодные люди не могли согреться, им не на чем было приготовить пищу. С трудом добрались они до следующего склада, но и там их встретили пустые банки: весь керосин вытек. Будучи не в силах сопротивляться полярной стуже и страшным буранам, разразившимся в то время в Антарктиде, Роберт Скотт и его друзья вскоре погибли. Жестяные банки с керосином были запаяны оловом. Должно быть, путешественники не знали, что на морозе олово «заболевает»: блестящий белый металл сначала превращается в тускло-серый, а затем рассыпается в порошок. Это явление, называемое «оловянной чумой», и сыграло роковую роль в судьбе экспедиции.

·        Еще в средние века обладатели оловянной посуды замечали, что на морозе она покрывается «язвами», которые постепенно разрастаются, и в конце концов посуда превращается в порошок. Причем стоило «простудившейся» оловянной тарелке прикоснуться к «здоровой», как та вскоре тоже начинала покрываться серыми пятнами и рассыпалась.

·        В конце 18 века из Голландии в Россию был отправлен железнодорожный состав, груженный брусками олова. Когда в Москве вагоны открыли, в них обнаружили серый ни на что не пригодный порошок - русская зима сыграла с получателями олова злую шутку.

·        Приблизительно в эти же годы в Сибирь направилась хорошо снаряженная экспедиция. Казалось, все было предусмотрено, чтобы сибирские морозы не помешали ее успешной работе. Но одну оплошность путешественники все же допустили: они взяли с собой оловянную посуду, которая вскоре вышла из строя.

·        В начале 20 века в Петербурге на складе военного оборудования произошла скандальная история: во время ревизии к ужасу интенданта выяснилось, что оловянные пуговицы для солдатских мундиров исчезли, а ящики, в которых они хранились, доверху заполнены серым порошком. И хотя на складе был лютый холод, горе-интенданту стало жарко. Еще бы: его, конечно, заподозрят в краже, а это ничего, кроме каторжных работ, не сулит. Спасло бедолагу заключение химической лаборатории, куда ревизоры направили содержимое ящиков: «Присланное вами для анализа вещество, несомненно, олово. Очевидно, в данном случае имело место явление, известное в химии под названием «оловянная чума»».

·        В средние века невежественные церковники считали, что «оловянная чума» вызывается наговорами ведьмы, и поэтому многие ни в чем не повинные женщины были сожжены на «очистительных» кострах.

·        В 1877 году знаменитый американский изобретатель Томас Алва Эдисон с помощью созданного им фонографа впервые записал на оловянной фольге, покрытой слоем воска, а затем воспроизвел слова, вошедшие в историю звукозаписи: «У маленькой Мери был маленький ягненок».

·        В одной из древних крепостей перуанских индейцев инков ученые обнаружили чистое олово, предназначенное, по-видимому, для получения бронзы: обитатели этой крепости славились как отличные металлурги и искусные мастера по изготовлению бронзовых изделий. Должно быть, инки не использовали олово в чистом виде, так как в крепости не удалось найти ни одного оловянного изделия.

·        Крупное открытие было сделано советскими учеными, установившими, что своеобразным индикатором присутствия олова в том или ином геологическом районе может служить фтор. Многочисленные анализы и эксперименты позволили как бы воспроизвести картину рудообразования, происходившего многие миллионы лет назад. В те далекие времена олово, как выяснилось, находилось в виде комплексного соединения, в котором непременно присутствовал фтор. Постепенно олово и его соединения выпадали в осадок, образуя месторождения, а его бывший компаньон фтор оставался вблизи залежей оловянных руд на вечное поселение.

·        Американская фирма «Форд мотор» построила завод, на котором применен любопытный метод производства непрерывной широкой ленты для оконного стекла. Жидкое стекло из печи попадает в огромную, длиной в несколько десятков метров, ванну и здесь растекается по слою расплавленного олова. Поскольку металлический расплав имеет идеально гладкую поверхность, стекло, остывая и затвердевая на нем, тоже становится совершенно гладким. Такое стекло не нуждается в шлифовке и полировке, что существенно сокращает производственные расходы.

5. Литий (180,5°С)

Мягкий металл серебристо-белого цвета.

Швеция, 1817 год:

…Вот уже который день химик Иоганн Август Арфведсон анализирует минерал петалит, найденный на руднике Уто близ Стокгольма. Снова и снова проверяет он результаты анализа, но каждый раз сумма всех компонентов оказывается равной 96%. Где же теряются 4%? А что, если…? Да, сомнений нет: в минерале содержится какой-то неизвестный доселе элемент. Арфведсон проводит опыт за опытом, и вот, наконец, цель достигнута: открыт новый щелочной металл. А поскольку, в отличие от своих близких «родственников» - калия и натрия, впервые обнаруженных в органических продуктах, новичок был найден в минерале, ученый решает назвать его литием («литеос» по-гречески - камень).

Даже при комнатной температуре литий энергично реагирует с азотом и кислородом воздуха. Попробуйте оставить кусочек лития в стеклянном сосуде с притертой пробкой. Металл поглотит весь имеющийся там воздух, в сосуде возникнет вакуум, и атмосферное давление так крепко «припечатает» пробку, что вам вряд ли удастся ее вытащить. Поэтому хранить литий очень непросто. Если натрий, например, можно легко упрятать в керосин или бензин, то для лития такой способ неприемлем - он тут же всплывает и загорается. Чтобы сохранить литиевые прутки, их обычно вдавливают в ванну с вазелином или парафином, которые обволакивают металл и не позволяют ему проявлять свои реакционные наклонности.

Еще более активно литий соединяется с водородом. Небольшое количество металла может связать колоссальные объемы этого газа: в 1 килограмме гидрида лития содержится 2800 литров водорода! В годы второй мировой войны таблетки гидрида лития служили американским летчикам портативными источниками водорода, которыми они пользовались при авариях над морем: под действием воды таблетки моментально разлагались, наполняя водородом спасательные средства - надувные лодки, жилеты, сигнальные шары-антенны.

Использование лития:

·        Чрезвычайно высокая способность соединений лития поглощать влагу обусловила их широкое применение для очистки воздуха на подводных лодках, в авиационных респираторах, в системах кондиционирования воздуха.

·        Известны сплавы лития с алюминием, бериллием, медью, цинком, серебром и другими элементами. Особенно широкие перспективы открываются перед сплавами лития с другим металлом-легковесом - магнием, обладающим к тому же хорошими конструкционными свойствами: ведь такой сплав, если в нем преобладает литий, легче воды. Но беда в том, что сплавы подобного состава неустойчивы - легко окисляются на воздухе. Металлурги давно стремились создать композицию и технологию, которые обеспечили бы литиймагниевым сплавам долговечность. Эту задачу смогли решить ученые Института металлургии имени А.А. Байкова Академии наук СССР: в вакуумной тигельной электропечи в атмосфере инертного газа аргона был получен сплав лития с магнием, не тускнеющий на воздухе и не тонущий в воде.

·        Он отлично справляется, например, с ролью дегазатора и раскислителя - удаляет из расплавленных металлов растворенные в них газы, такие, как азот, кислород. Благодаря литию структура некоторых сплавов становится мелкозернистой и тем самым улучшаются их механические свойства.

·        В производстве алюминия литий успешно выступает в роли ускорителя процесса. Добавка его соединений в электролит увеличивает производительность алюминиевого электролизера; при этом снижается необходимая температура ванны, заметно сокращается расход электроэнергии.

·        Прежде электролит щелочных аккумуляторов состоял только из растворов едкого натра. При введении в него нескольких граммов гидроксида лития срок службы аккумулятора возрастает втрое. Кроме того, значительно расширяется температурный диапазон его действия: он не разряжается даже при повышении температуры до 40°С и не замерзает при двадцатиградусных морозах.

·        Некоторые органические соединения лития (стеарат, пальмиат и др.) сохраняют свои физические свойства в широком интервале температур. Это позволяет использовать их как основу для смазочных материалов, применяемых в военной технике.

·        Кто из нас не слышал о чудесах, творимых индийскими йогами. На глазах изумленной публики они разгрызают стеклянный стакан на мелкие кусочки, как обыкновенный сухарь, и проглатывают с выражением такого удовольствия, будто в жизни не пробовали ничего вкусней. А вам не приходилось употреблять стекло в пищу? «Что за нелепый вопрос? Разумеется, нет!» - так, вероятно, подумает каждый, кому доведется читать эти строки, - и ошибется. Оказывается, обычное стекло растворяется в воде. Конечно, не в такой степени, как, допустим, сахар, но все же растворяется. Точнейшие аналитические весы показывают, что вместе со стаканом горячего чая мы выпиваем около одной десятитысячной грамма стекла. Но если при варке стекла к нему добавить щепотку солей лантана, циркония и лития, его растворимость в воде уменьшается в сотни раз. Оно обретает устой-чивость даже по отношению к серной кислоте.

·        Литиевые стекла характеризуются ценными оптическими свойствами, хорошей термостойкостью, высоким удельным сопротивлением, малыми диэлектрическими потерями.

·        Немаловажную роль играет литий в производстве специальных глазурей, эмалей, красок, высококачественного фарфора и фаянса. В текстильной промышленности одни соединения этого элемента служат для отбеливания и протравливания тканей, другие - для их окраски.

·        Пиротехникам хорошо знакомы соли лития: они окрашивают в яркий сине-зеленый цвет след трассирующих пуль и снарядов.

·        Ученые установили, что ядра изотопа лития-6 могут быть легко разрушены нейтронами. Поглощая нейтрон, ядро лития становится неустойчивым и распадается, в результате чего образуются два новых атома: легкого инертного газа гелия и редчайшего сверхтяжелого водорода - трития. При очень высоких температурах атомы трития и другого изотопа водорода - дейтерия объединяются. Этот процесс сопровождается выделением колоссального количества энергии, называемой обычно термоядерной.

·        Относительно высокая способность лития-6 захватывать медленные нейтроны легла в основу использования его в качестве регулятора интенсивности реакций, протекающих и в урановых реакторах. Благодаря этому свойству изотоп нашел применение также в защитных экранах против радиации, в атомных батареях с большим сроком службы.

·        Любопытно, что в процессе работы ракетных двигателей литий выступает против лития. Являясь компонентом горючего, он позволяет развивать колоссальные температуры, а обладающие высокой термостойкостью и жароупорностью литиевые керамические материалы (например, ступалит), используемые как покрытия сопел и камер сгорания, предохраняют их от разрушительного действия лития-горючего.

·        Фторсодержащий полимер тефлон - идеальное антикоррозийное покрытие - долгое время не находил практического применения из-за того, что плохо склеивался с металлом. Советскими учеными разработана оригинальная технология ядерной сварки полимеров с различными материалами. На свариваемые поверхности наносят небольшие количества соединений лития или бора, которые и служат своеобразным «ядерным клеем».

Интересный факт:

·        В 1891 году выпускник Гарвардского университета Роберт Вуд (впоследствии знаменитый американский физик) приехал в Балтимор, чтобы позаниматься химией в местном университете. Поселившись в студенческом пансионе, Вуд вскоре прослышал, что хозяйка якобы частенько готовит утреннее жаркое из остатков вчерашнего обеда, собранных с тарелок. Но как это доказать? Однажды, когда на обед был подан бифштекс, он оставил на тарелке несколько больших кусков мяса, посыпав их хлоридом лития - совершенно безвредным веществом, похожим по виду и вкусу на обыкновенную поваренную соль. На следующий день кусочки жареного мяса, поданного студентам на завтрак, были «преданы сожжению» перед щелью спектроскопа. Красная линия спектра, присущая литию, поставила точку над i: чрезмерно экономная хозяйка пансиона была разоблачена. А сам Вуд много лет спустя с удовольствием вспоминал о своем следственном эксперименте.

Заключение

Мир металлов чрезвычайно важен и интересен, богат и разнообразен.

У каждого металла есть свои интересные случаи и события, связанные с его открытием или свойствами, своя история.

Легкоплавкие металлы - неотъемлемая часть современного мира. Они широко применяются в элекро- и радиотехнике. Их используют в качестве антикоррозионных покрытий, в составе антифрикционных сплавов, в качестве проводниковых материалов и тд. Их применения можно перечислять бесконечно. Без них, человечество не достигло бы такого порыва в науке и технике.

Литература

1. Венецкий С.И. Рассказы о металлах. - М.: Металлургия, 1985. - 240 с.

2.       Венецкий С.И. В мире металлов. - М.: Металлургия, 1983. - 256 с.

3. Венецкий С.И. О редких и рассеянных. - М.: Металлургия, 1981. - 184 с.

4. Даль И.В. Толковый словарь русского языка. - М.: Астрель, 2008. - 984 с.

5.       Плющев В.Е., Степин Б.Д. Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия. - М.-Л.: Химия, 1970. - 407 с.

.        Суворов А.В., Никольский А.Б. Общая химия. - СПб: Химиздат, 2000. - 624 с.