57. Лантан - Lanthanum (La)






Особое место среди химических элементов занимает это "семейство", связанное между собой исключительным сходством свойств. Их устаревшее название - редкоземельные элементы (РЗЭ). Интерес к ним значительно увеличился после того, как были пущены первые атомные реакторы, при работе которых в качестве побочных продуктов образуются эти элементы.
От пытливых химиков этот элемент очень долго скрывался, за что и получил название лантан ("лантано" по-гречески "скрываюсь", "таюсь"). Он был открыт шведским химиком Мозандером в 1839 г. Более сотни лет лантан представлял собой труднодоступный элемент не только для промышленности, но и для химической лаборатории. В чистом виде лантан (и его соединения) был получен лишь после того, как в практику лабораторий и промышленных предприятий прочно вошел так называемый хроматографический анализ, разработанный русским ученым М. С. Цветом в 1903 г.
Сущность этого метода в самых общих чертах состоит в следующем. Через трубку, наполненную неокрашенным порошкообразным или мелкозернистым веществом, обладающим способностью удерживать (адсорбировать) на своей поверхности частицы других веществ, пропускается испытуемый раствор.
Вещества, входящие в смесь, в зависимости от степени их адсорбции на поверхности поглотителя (адсорбента) будут располагаться на разных уровнях его высоты в трубке (колонке). Если раствор состоит из смеси окрашенных веществ (с такими растворами работал в свое время М. С. Цвет), то они, благодаря различной их адсорбируемости, удерживаются в различных частях адсорбента, окрашивая его в соответствующий для данного вещества цвет.
Таким образом, разделяются составные части смеси. Масса адсорбента по всей его длине в трубке в соответствии с окраской удержанного вещества будет иметь различные цвета или различные оттенки одного и того же цвета (в зависимости от окрасок составных частей смеси). Полученная колонка окрашенного адсорбента называется хроматограммой (от греческого "хрома" - краска, цвет и "графо" - пишу). Для выделения составных частей смеси, колонку адсорбента осторожно извлекают из трубки и разделяют по зонам окраски. Состав каждой окрашенной зоны определяется обычными методами химического анализа. Вполне понятно, что анализ не представляет трудностей, когда в каждой зоне присутствует только одно вещество. Однако в большинстве случаев зоны окрашенного адсорбента не настолько резко отличаются друг от друга, чтобы их можно было легко разделить механически. Обычно зоны совмещаются и постепенно переходят одна в другую. В этих случаях трубку, содержащую адсорбент с удержанными на нем веществами, промывают специально подобранным растворителем, который по-разному относится к адсорбированным составным частям смеси. Такой прием извлечения адсорбированного вещества из адсорбента называется элюцией (от латинского "элюцио" - промывание). Элюция позволяет использовать не только различие в адсорбируемости составных частей смеси, но и в их растворимости.
Лантан и его соединения обнаруживают очень большое сходство с целым рядом других весьма похожих на лантан элементов.
Число "родственников" лантана известно. Их - 14. От лантана, как наиболее хорошо изученного, все они объединяются в одну группу, в одну клеточку системы Менделеева под именем семейства лантаноидов.
Большое сходство химических свойств у лантаноидов связано с особым строением электронных оболочек у атомов этих элементов начиная с лантана до лютеция включительно. Это особое строение приводит к тому, что по мере возрастания порядкового номера элемента увеличения радиуса атомов не происходит (лантаноидное сжатие). Это явление и объясняет такое большое химическое сходство всех лантаноидов.
После того как были выделены чистые соли лантана, получение самого лантана уже не представляло особого труда. Например, путем электролиза хлорида лантана получили металлический лантан, который по своему химическому поведению напоминает металл кальций. Лантан по твердости подобен олову (плотность 6,2), температура его плавления составляет всего 915-925°С, но зато удивительно высока температура кипения (4515°С). Как и многие активные металлы, он разлагает воду, хорошо реагирует с кислотами, а при нагревании энергично - с хлором, серой и другими металлоидами, т. е. проявляет свойства типичного металла.
Лантан - металл "самозащищающийся": в сухом воздухе он покрывается тонкой пленкой окисла, которая защищает его от дальнейшего окисления. Но такая "защита" происходит только в сухом воздухе, влага с этой пленкой соединяется и образует сильное основание.
Неоднократно мы упоминали о таком важном металле, как алюминий, и указывали, в частности, на его способность гореть с выделением большого количества тепла. На этой реакции основано много различных процессов. У лантана теплота реакции соединения с кислородом еще больше. Как только научились получать лантан в больших количествах, он стал соперничать с алюминием в металлургии. Для удаления кислорода из жидкой стали в нее часто вводят не алюминий, а лантан. На тонну стали нужен всего один килограмм этого "раскислителя", как в технике называют вещества, освобождающие сталь от кислорода. Таким способом обработаны уже миллионы тонн стали и утверждают, что это отличный метод повышения ее качества.
Лантан получали в смеси с церием - другим членом семейства лантаноидов, приблизительно в соотношении 1:1. Сплавив смесь этих металлов с железом, получили ... "кремень", который широко применялся в карманных зажигалках. Конечно, железо-цериево-лантанный "кремень" не имеет ничего общего с природным камнем кремнем - соединением кремния. Такое название было дано сплаву за способность "искрометания" при трении по нему зазубренного стального колесика. Эта способность была использована не только в безобидных зажигалках, но и в артиллерийских снарядах. Снабдив снаряд насадкой из этого "смешанного металла", получили возможность наблюдать снаряд в полете. "Смешанный металл" при полете в воздухе искрит. При этом роль колесика зажигалки играет сам воздух, трущийся о металл.
Соединения лантана используются при изготовлении стекла для лучших объективов фотоаппаратов и специальных защитных очков. В сплаве с магнием лантан используется для изготовления деталей авиационных двигателей.
Любопытно, что своеобразными "залежами" лантана является всем знакомое растение черника, зола которой содержит до 0,17% окиси лантана. Много лантана в золе низкорослых карельских берез.



58. Церий - Cerium (Се)


Еще в начале XVII в. астрономы обратили внимание на своеобразный пробел, существовавший между орбитами Марса и Юпитера. Сущность этого пробела заключалась в том, что в то время как орбиты Меркурия, Венеры, Земли, Марса располагались в пространстве сравнительно тесно, близко одна к другой, за Марсом до Юпитера, на расстоянии, более чем в два раза превышающем расстояние от Солнца до Марса, не было известно ни одной планеты. Этот небесный "непорядок" волновал астрономов. Они полагали, что в пространстве между Марсом и Юпитером должна существовать неизвестная планета. Астрономов, ставивших целью отыскание неизвестной планеты, ,в шутку называли "отрядом небесной полиции". И вот одному из его "членов" итальянцу Дж. Пиацци 1 января 1801 г. посчастливилось открыть самую большую, как выяснилось впоследствии, из множества других малых планет солнечной системы. Ее назвали Церерой, позаимствовав это название из древнеримской мифологии, в которой Церерой именовали богиню земледелия и плодородия.
Вскоре (1803 г.) Клапрот в Берлине, Берцелиус и Гизингер в Стокгольме в минерале из шахты Бастнес у Ридаритта открыли новый элемент, который был назван церием в честь успеха астрономии, а минерал, его содержащий,- цереритом, или церитом. Через три года была выделена чистая "цериевая земля". Выделить церий в относительно чистом виде удалось лишь в 1825 г. Подчеркиваем, в относительно чистом!
Церий, как и остальные лантаноиды, является элементом рассеянным, хотя в земной коре его содержится в 5 раз больше, чем, например, свинца, и в 250 раз больше, чем серебра. Практическое значение имеет единственный относительно богатый церием "минерал" - монацитовый песок. Монацитовый песок представляет собой смесь солей, образованных лантаноидами, главным образом церия, лантана и иттрия с фосфорной кислотой.
Церий получали как побочный продукт из монацитового песка Бразильских, Каролинских (в США) и других месторождений. При разработке методов получения относительно чистого церия выяснилось, что этот металл обладает рядом ценных свойств, которые и обеспечили новые области его применения. Оказалось, что церий хорошо соединяется с кислородом, азотом и водородом.
При выплавке стали в жидком металле остается некоторое количество окислов и растворенного азота. Если их не удалить, то при затвердевании между кристаллами металла расположатся эти окислы и сталь будет хрупкой. В практике сталеварения для уменьшения количества газов и окислов в стали уже давно применяют алюминий, у которого очень большое сродство к кислороду. У церия это сродство еще больше. Поэтому церий в виде сплава с железом или в виде так называемого мишметалла, что в переводе с немецкого означает "смешанный металл", используется как раскислитель в металлургии. Прибавка церия к алюминию (около 0,2%) повышает электропроводность алюминия и улучшает его механические свойства. Добавление церия к вольфраму облегчает получение из него проволоки. Небольшая добавка церия к чугуну изменяет форму свободного графита в самом чугуне.
Этот сильнейший восстановитель позволяет получать ниобий, вольфрам и другие металлы в чистом виде.
Подобно алюминию, церий на воздухе покрывается тонкой пленкой окисла, которая в известной мере защищает металл от дальнейшего окисления. Достаточно слабой кислоты, чтобы растворить эту пленку. Вместе с тем прокаленная двуокись церия совершенно нерастворима в кислотах, обладает большой твердостью и представляет прекрасный материал для шлифовки оптического стекла.
Полирит - порошок для полировки стекла - состоит почти наполовину из двуокиси церия. Вторую половину составляют окислы лантана, неодима и празеодима.
Двуокись церия применяется в стекольном производстве. Соединения церия применяются в фотографии, используются как катализаторы при переработке нефти, в производстве пластмасс, искусственных волокон, протравливании тканей, дублении кож и т. д.
Несколько слов о зажигалках. Многим доводилось видеть или пользоваться этим несложным приспособлением для получения огня. Короткий поворот колесика с насечкой, и на фитиле затрепетало пламя горящего бензина. "Кто" зажег фитиль? Тот самый мишметалл, о котором уже упоминалось. Мишметалл состоит из церия, а также из железа и других элементов семейства лантаноидов. Такой металл обладает пирофорными свойствами, т. е. при откалывании от него мельчайших осколков они самовоспламеняются на воздухе.
Следует отметить существование металлического церия в различных аллотропных формах.
Исключая лантан, церий из всей группы лантаноидов обладает наиболее высокой температурой кипения (3600°С).
А теперь о зубах, болезнях и ... церии; протезы зубов изготавливают из нержавеющих сталей со структурой кристаллов аустенитного класса. Их получают путем добавки церия к хромоникелевой стали, которая, как известно, трудно обрабатывается. Благодаря церию эта сталь в руках протезиста бывает мягкой, как ... медь до придания нужной формы, а после термообработки твердой, как ... сталь. Соли церия помогают даже при морской болезни.





На главную Сделать стартовой Добавить в избранное Написать письмо

Поставь закладку/отправь другу!

Рейтинг SunHome.ru Яндекс.Метрика