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

До сих пор роль основного источника вольфрама в промышленности принадлежит вольфрамату кальция, минералы с которым до сих пор называются шеелитом и вольфрамитом. Считается, что 75 % залежей вольфрамовых руд находится на территории Китайской народной республики, хотя залежи этого элемента есть ещё в России, Боливии, Португалии и США.

75. Рений

Если бы химические элементы участвовали в многоборье, то по совокупности качеств и свойств рений, элемент № 75, мог бы уверенно претендовать на победу. Во-первых, рений оказался последним открытым элементом, для которого известен стабильный изотоп. Все элементы, которые были открыты позднее рения (в том числе и полученные искусственно), не имели стабильных изотопов. Во-вторых, это один из самых редких элементов в земной коре. В-третьих — он один из самых плотных элементов, тяжелее его только платина, иридий и осмий. В-четвёртых — один из самых тугоплавких, более высокой температурой плавления обладают только вольфрам и углерод. Рений не ставит рекорды ни в одном из состязаний, но по сумме очков рений вырывается вперёд.

Существование рения и часть его свойств были предсказаны Д. И. Менделеевым вскоре после формулировки первой версии Периодического закон. Опубликованная в 1869 году таблица была достаточно забавна — в её седьмой группе находился только один известный к тому времени элемент — марганец, под которым Менделеев расположил «экамарганец», ставший затем технецием и «тримарганец», впоследствии — рений (в англоязычной литературе чаще используется не предложенный Менделеевым термин, а обозначение «двимарганец» (Science Progress in the Twentieth Century (1919–1933), Vol. 20, No. 80, P. 690–692). Получилось так, что более тяжёлый рений был обнаружен первым из двух «как-бы марганцев».

Рений был впервые спектрально обнаружен в 1925 году в Германии супругами Вальтером и Идой Новак и Отто Бергом в ходе спектрального анализа минерала колумбита. К 1928 году исследователи переработали 660 килограмм руды молибденита, выделив из неё один грамм чистого рения. В наши дни извлечение рения из руд проходит более эффективно — его получают из молибден- или медьсодержащих руд, в которых он присутствует в следовых количествах. Ежегодная добыча рения в общемировом масштабе составляет 60–70 тонн.

Новаки и Берг назвали рений в честь главной немецкой реки — Рейна (на латинском Rhenus), они также добросовестно полагали, что открыли и элемент № 43 — экамарганец, и даже назвали его «мазурием», но это, как и многие другие заявки на обнаружение «верхнего соседа» рения, не подтвердилось. Долгое время считалось, что рений не образует своих собственных руд, замещая молибден или медь в их минералообразующих элементах, однако существует редкий рениевый минерал джезказганит (CuReS4), найденного вблизи казахстанского города Джезказгана. В 1992 году было открыто единственное в мире экономически выгодное месторождение рения. Оно находится в России: запасы в нём составляют около 10–15 тонн и расположено в кальдере вулкана Кудрявый на остров Итуруп Курильской гряды. Рений находится здесь в форме минерала рениит (основной компонент которого дисульфид рения (ReS2).

Рений отличается довольно интересными химическими свойствами. Так, он проявляет наибольшее число степеней окисления для металла (а может — и для любого другого химического элемента), пробегая от –1 до наиболее обычной для него +7. Ещё одна интересная особенность рения — до начала 1960-х годов предполагалось, что связь максимальной кратности, которая может возникнуть между двумя атомами — связь тройная, однако в 1964 году Альберт Коттон обнаружил, что в анионе [Re2Cl8]2– атомы рения связаны четырёхкратной связью (Inorg. Chem., 1965, 4 (3): Р. 330–333). Внимание учёных привлекает и еще одно соединение рения с галогеном — дибромид рения, которое по твердости сравнимо с алмазом, но в отличие от алмазоподобных материалов, для его получения не нужно высокое давление.

Металлический рений используется в изготовлении сплавов особого назначения или, будучи сплавленным с платиной, может использоваться в химической переработке нефтяного сырья и получения бензинов с высоким октановым числом. Катализаторы на основе металлического рения устойчивы к действию обычных «каталитических ядов» — фосфора и серы, поэтому рений становится всё более востребованным для производства катализаторов в химической промышленности.

76. Осмий

Даже первооткрыватель осмия относился к своему открытию без должного уважения. Возможно это отчасти из-за того, что впервые выделивший этот металл английский химик Смитсон Теннант уже успел выяснить, что алмаз является всего лишь формой углерода, и жизнь уже подготовила его к тому, что за блеском и роскошью зачастую могут стоять совершенно обыденные вещи. Возможно, изучая осадок, оставшийся после растворения платины в царской водке, он обратил меньшее внимание на сине-серебристый металл и сконцентрировался на другом металле, том, который отличался золотистым блеском, да еще и давал соединения всех цветов радуги — осмий и иридий были открыты в ходе одного эксперимента.

Возможно, Теннанта неприятно поразило, что соединения металла могут пахнуть так отвратительно, так что в итоге в письме об открытии элемента Лондонскому королевскому обществу Теннант упомянул, что наиболее характерным свойством нового элемента является «…острый и стойкий запах…», назвав элемент осмием (по-гречески слово «осме» — запах). Может быть это и не самое красивое название, зато честное — осмий образует тетроксид осмия (OsO4), который не только неприятно пахнет, но является сильным окислителем, может повредить кожу, глаза и лёгкие. Вместе с этим тетроксид осмия применяется в синтезе для окисления органических соединений и в криминалистике — с его помощью собирают отпечатки пальцев на месте преступления.

Осмий твёрдый, тугоплавкий, серебристо-белый переходный металл платиновой группы, обладающий высокой плотностью. По одной версии плотность осмия максимальна для всех известных элементов, по другой — находится на втором месте после открытого одновременно с ним иридия. Удивительно, но даже сейчас, в первой половине XXI века невозможно сказать, что плотнее — осмий или иридий. Дело в том, что благодаря систематическим ошибкам измерения, которых нельзя избежать, экспериментально измеренные значения плотности осмия и иридия равны (в пределах ошибки), а значение плотности, определенное с помощью квантовохимических методов, зависит от выбранной для расчета модели. Поэтому, наверное, проще сказать, что иридий и осмий — делят пьедестал как самые плотные элементы. В конце концов, это справедливо — иридий и осмий были обнаружены в ходе одного эксперимента, они оба относятся к металлам платиновой группы, более того — осмий и иридий в составе сплава осмиридия применяются для изготовления хирургических инструментов и перьев для ручек. Небольшой шарик из осмиридия можно заметить на кончиках перьев перьевых ручек, особенно хорошо его видно на золотых перьях, где он отличается по цвету от самого пера. Осмий также используется для получения катализаторов, а его соединения — для введения цветных меток в образцы, изучаемые с помощью оптической микроскопии.