Читать книгу "Элементы: замечательный сон профессора Менделеева - Аркадий Курамшин"

Хотя в последнее время репутация кадмия в общественном сознании — вполне определённая слава отравителя и канцерогена, этот элемент нельзя назвать полностью перешедшим на тёмную сторону. Около 20 % кадмия применяется для изготовления ярких и не тускнеющих со временем красителей и пигментов, преимущественно сульфидов и селенидов кадмия, например — «кадмиевый жёлтый» и «кадмиевый лимонный» (теперь вы знаете, что, если вы занимаетесь живописью, не стоит облизывать кисточку). Ещё 20 % кадмия расходуется на изготовление источников электрического тока — никель-кадмиевых и свинцово-кадмиевых элементов. Наноразмерные кристаллы сульфида и селенида кадмия — полупроводниковые квантовые точки, могут использоваться в дисплеях и для медицинской диагностической визуализации.

И, наконец, есть в природе существа, которым кадмий не страшен — некоторые морские диатомеи «научились» замещать цинк фермента ангидразы на кадмий практически без потери его активности, то есть кадмий вполне может играть роль микроэлемента (Proc Natl Acad Sci U S A., 2000, 97(9): 4627–4631), хотя и не для людей. Мы же, потребляя кадмий с пищей (а иногда и с табачным дымом, можем только испортить себе здоровье.

49. Индий

Самым известным дальтоником среди химиков был Джон Дальтон (собственно говоря, он оказался не только самым известным химиком-дальтоником, но и первым описанным в медицине случаем цветослепоты), который до 26 лет даже не знал о существовании красного цвета, однако Дальтону его проблемы цветового восприятия не помешали заложить основы химической атомистики. Экспериментаторам всегда было сложнее — для открытия и описания новых веществ химикам, страдавшим от дальтонизма, приходилось надеяться на помощь ассистента.

Ещё одним дальтоником, оставившим своё имя в химии, стал профессор Фрайбергской горной академии Фердинанд Райх. Райх был дальтоником и, не различая спектральные линии, не мог воспользоваться всеми преимуществами спектрального анализа, поэтому выполнял работу совместно с помощником Теодором Рихтером. В 1863 учёные решили найти таллий в цинковой обманке, но вместо зелёной спектральной литии этого элемента Рихтер сообщил Райсу о наличии голубой линии. Наблюдение позволило предположить наличие в цинковой руде нового элемента, который вскоре был выделен в виде металла (Journal für Praktische Chemie, 1864, 92 (1): 480–485). К Всемирной Парижской выставке 1867 года уже был получен слиток индия в несколько сот граммов. Своё название элемент получил не в честь Индии, а благодаря интенсивно полосе спектра цвета индиго, которая и помогла найти этот элемент.

Долгое время все мировые запасы металлического индия были представлены тем самым слитком, подготовленным ко Всемирной выставке — индий не мог найти себе подходящее применение. В наши дни около 500 тонн индия ежегодно извлекают из руд и ещё 600–700 тонн получают в результате вторичной переработки отслуживших свой срок индиевых изделий. Благодаря чему так выросла необходимость в этом металле, и что он представляет?

Индий — блестящий, мягкий и ковкий металл. Температура плавления индия сравнительно невысока для металлов (+156 °C), при нагревании выше этой температуры на воздухе индий воспламеняется и горит фиолетовым пламенем. При сгибании чистого индия металл издаёт «крик» — скрип, вызванный перемещением кристаллитов индия друг относительно друга, примерно такой же звук можно услышать и при деформации олова.

Индий уникален тем, что он остается мягким и податливым при очень низких температурах, что позволяет использовать его в оборудовании, работающем около абсолютного нуля. Индий и его сплавы применяют для изготовления криогенных насосов и систем для глубокого вакуума. Индий и некоторые его сплавы могут повторять форму неправильных поверхностей, прочно прилипая к ним. Индий понижает температуру плавления припоев, делает боле прочными и сами припои, и их крепление с местом припайки. Часто индий называют «металлическим витамином» — иногда даже деципроцентные примеси индия значительно изменяют свойства сплава — например, добавка небольшого количества индия к сплавам золота или палладия делает их более твёрдыми (такие сплавы применяются для изготовления коронок в стоматологии). Некоторые детали летательных аппаратов сделаны из сплава с индием, индий в их составе защищает детали от преждевременного износа и замедляет от окисления. Индий применяется в изготовлении электронных устройств и элементов питания.

Ещё одно интересное соединение, которое образует индий — это его оксид. Это вещество прозрачное и электропроводное (на уровне полупроводника), высокой степенью прозрачности и полупроводниковыми свойствами отличается также и смешанный оксид индия-олова (ITO), который и является основным направлением применения индия в настоящее время.

На производство оксида индия-олова расходуется около 45 % всего добываемого индия, смешанный оксид идёт как на производство солнечных элементов, так и жидкокристаллических дисплеев. Кроме оксида индия-олова для изготовления солнечных батарей применяют ещё и арсенид индия-галлия, а также — селенид индия-галлия-меди. Несмотря на большие ожидания от солнечной энергетики и высокой эффективности индийсодержащий полупроводников в фотогальванике, большая часть индия идет на производство экранов телевизоров и компьютерных дисплеев. В 1980–90-е годы цена на индий под влиянием растущего спроса быстро росла, однако сейчас, когда одним из источников стали продукты вторичной переработки, спрос и предложение на этот металл практически уравновесили друг друга.

50. Олово

Сказка Ганса Христиана Андерсена про стойкого оловянного солдатика могла бы быть еще печальнее — если бы солдатик, выпав из окна, не попал бы в желудок рыбы, то рано или поздно с наступлением холодов он бы заболел чумой и рассыпался в прах, не оставив после себя оплавленного сердечка.

Оловянные солдатики, оловянные припои, оловянные консервные банки, лужёное (то есть покрытое оловом) железо — можно придумать много ассоциаций на оловянную тему. В наше время многие области, в которых трудилось олово, можно считать устаревшими, но нужно помнить, что именно олово поменяло вектор развития нашей цивилизации. Бронзовый век сменил короткий (по эволюционным и цивилизационным меркам) медный вскоре после того, как стало ясно, что сплавление меди с оловом даёт более прочный материал, чем просто медь — материал, который можно было не только просто обрабатывать ковкой или отливкой, но материал, который не так быстро как медь затуплялся при использовании.

Бронза — сплав меди с оловом, и во времена античных империй и демократий олово было стратегическим ресурсом. У древних греков ходила легенда об оловянных островах «Касситеридах», которые лежали на северо-запад от побережья известной им Европы. Возможно, этими оловянными островами были британские острова, где действительно находились залежи оловянных руд, хотя эллины и не ввозили олово оттуда — греческие города получали олово морем, но с территорий, расположенных чуть ближе — шахт на Севере Пиренейского полуострова. Когда во времена расцвета Римской Империи границы Европы стали шире, стало известно и об оловянных залежах на территории современного Корнуолла, ради которых в том числе римляне вторглись в Британию.