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

Человечество вообще учится медленно — свинцовые белила применялись в живописи и для отделочных работ до девятнадцатого века, и в итоге были заменены цинковыми белилами. До появления первого в мире законодательного акта о применении химических веществ в пищевой продукции — (Акт о чистой пище и лекарствах, США, 1906 год) производные свинца применялись даже как красители для леденцов. Всё это было несмотря на то, что индустриализация и увеличение масштабов производства свинцовых красителей приводило к распространению хронических и смертельных отравлений среди рабочих, контактирующих со свинцом. В настоящее время от свинца стараются избавляться. В России в 2002 году запретили использовать тетраэтилсвинец для увеличения октанового числа бензина (в США свинцованный бензин был запрещен в 1986 году, а сейчас разрешён к применению только в Северной Корее, Афганистане и Палестине), в Евросоюзе с 2006 года запрещено использовать свинец в электронике, даже проводятся поиски материала, способного заменить свинец в охотничьих и патронах.

Для алхимиков свинец был низшим металлом — алхимики верили, что, лёжа в земле свинец дозревает до остальных металлов (поздняя практика показала, что все происходит ровно наоборот, и свинец представляет собой конец цепочки распада многих радиоактивных элементов), в том числе и до серебра с золотом. В попытках осуществить «созревание» свинца в золото в лабораторных условиях алхимики смогли получить соединения свинца различных цветов — свинцовые белила, жёлтый свинцовый глёт и красный свинцовый сурик — все эти вещества использовались как пигменты в живописи. Свинцовый сурик, например, долгое время был единственным красным пигментом в Средневековье и Раннем Возрождении. И понятно, что, хотя попытки трансмутировать свинец в золото были обречены на провал, изыскания алхимиков стали первыми систематическими исследованиями свойств и превращений химических веществ.

В настоящее время самыми распространёнными областями применения свинца являются свинцово-сернокислотные аккумуляторы автомобилей и свинцовые экраны, которые защищают пациента от излучения рентгеновского аппарата во время диагностики.

83. Висмут

Висмут — красивый и хитрый элемент, элемент-притворщик. Ядро его наиболее распространённого изотопа — 209Bi долгое время поражало физиков-ядерщиков. Большой порядковый номер и большая атомная масса (и то и другое нечётные) вообще-то должны были приводить к тому, что этот атом должен был быть радиоактивен, однако долгое время висмут притворялся стабильным и даже считался самым тяжёлым из существующих в природе стабильных изотопов.

Однако в 2003 году было экспериментально показано, что он является радиоактивным и распадается с излучением альфа-частиц (Nature, 2003, 422 (6934): 876–878). Правда, период полураспада 209Bi составляет (1,9±0,2)×1019 лет, что при возрасте Вселенной в 13.8 миллиардов лет чуть больше, чем вечность, и становится понятно, почему радиоактивность висмута долгое время просто не удавалось наблюдать. Плотность твёрдого висмута 9.8 г/см3 (это чуть меньше, чем у свинца), а при плавлении висмут ведёт себя аномально — его расплав тяжелее твёрдого вещества, и твердый висмут не тонет в расплаве, а плавает на поверхности (такая редкая аномалия хорошо известная для воды, но системой вода-лёд не ограничивается). Вообще висмут плавится легко, при медленном охлаждении образуя из расплава кристаллы с интересной зигзагообразной формой поверхности, окрашенной во все цвета радуги — тонкий слой оксида, образующийся на поверхности висмута играет роль дифракционной решетки, создавая красивую радужную картинку. В твёрдом состоянии висмут хрупок и полученные кристаллы не так просто сохранить.

Висмут не обладает высокой реакционной способностью, и часто встречается в самородном состоянии. Удивительно, что нет никаких свидетельств в пользу того, что этот металл был знаком людям в античности или средневековье (хотя, с другой стороны, современники Аристотеля и Агриколы часто путали свинец с оловом и наоборот и могли принимать за золото сульфидные минералы-обманки). Европейские трактаты молчат — про висмут ничего не говорится ни в перечислении семи металлов Аристотелем, ни в более поздних трудах. Вместе с тем представители мезоамериканской культуры скорее всего знали о висмуте больше европейцев — обнаруженный при раскопках в Мачу Пикчу инскский нож в форме ламы изготовлен из медного сплава, содержащего 18 % висмута, что вряд ли при сравнительно малой распространённости висмута в земной коре может быть случайностью. В Европе достоверное описание висмута появляется только в пятнадцатом веке — в 1460-е годы его начинают добывать в саксонском Шнеберге, и вскоре металл начинают применять для изготовления серебристых чернил или пигментов для живописи. Живописцы Италии, включая Рафаэля Санти делают краски как на основе металлического висмута, так и трисульфида висмута. Однако этот элемент опять умело притворялся, и алхимик Василий Валентин назвал его «висмут» (белая масса, белый свинец). Другие считали висмут разновидностью олова «ледяным оловом». В конечном итоге статус самостоятельного элемента висмут получил в 1739 году, в начале девятнадцатого века Джон Дальтон предложил в качестве символа висмута латинскую литеру В в кружочке, а современный символ висмута — Bi, ввёл Берцелиус. Он же более подробно изучил химические свойства висмута.

Некоторые соединения висмута применялись в косметике и медицине. Так, основный нитрат — кристалльно-белый осадок, образующийся при взаимодействии висмута с азотной кислотой, использовался как пудра для маскировки загара теми, кто не хотел выглядеть как человек, работающий на солнце, хотя в городах пудра с нитратом висмута темнела в результате взаимодействия с производными серы. Нитрат висмута (часто вместе с молоком или магнезией) использовался для лечения повышенной кислотности желудка; сейчас висмут продолжает работать как антацид, только, конечно не в форме нитрата, а в форме соли с лимонной кислотой. В наших аптеках это препарат можно найти под названием «Де-Нол».

И ещё одно применение висмута — его введение в сплав значительно понижает температуру плавления сплава, что и позволило использовать его в розыгрыше эпохи королевы Виктории — ложке, плавящейся в горячей воде. Ложку делали из сплава изобретённый в 1860 году американским стоматологом Барнабасом Вудом с температурой плавления 68,5 °C, содержит олово (12.5 %), свинец (50 %), висмут (25 %) и кадмий (12.5 %). Сплав Вуда, так называется этот легкоплавкий сплав, действительно может расплавиться в горячей (даже не кипящей воде), однако воду эту пить не стоит — свинец и особенно кадмий, которые могут попасть в воду после такого «розыгрыша», ничего хорошего почкам и печен не сулят. Однако сплав Вуда и его аналоги могут применяться и для серьезных вещей — легкоплавких предохранителей, защищающих электронные устройства от перегрузки напряжения.