Путешествие в Страну элементов - Л. Бобров
Редкоземельные элементы применяются для производства лаков и красок, главным образом красок по фарфору. Окислы и соединения лантаноидов придают им разнообразнейшие цветовые оттенки. Некоторые соли церия в малых количествах способствуют быстрому высыханию лаков и сохранению прозрачности на длительный период.
Обращаясь к производству стекол, керамических и абразивных материалов, мы снова становимся свидетелями активного проникновения редкоземельных элементов.
Многие бесцветные промышленные стекла обладают низким светопропусканием. Это объясняется содержанием в стекле главным образом соединений двухвалентного железа. Между тем стоит лишь перевести железо в трехвалентную форму, как прозрачность возрастает в 10 раз. Двуокись церия является сильным окислителем. Добавки ее к стекольной массе обеспечивают переход большей части железа в «бесцветное» состояние. Стекла, содержащие не более 1 процента CeO2, обладают способностью не терять прозрачности при длительном солнечном освещении и при действии рентгеновского и радиоактивного излучений. Такие стекла находят важное применение в изготовлении защитных прозрачных блоков в ядерной технике.
Стекла с добавками редких земель обладают хорошей способностью поглощать ультрафиолетовые лучи.
Боросиликатные стекла, содержащие La2O3, имеют очень высокие показатели преломления.
Интересны попытки создания стекол на основе системы окислов Li2O — La2O3—SiO2, то есть не содержащих обычных щелочноземельных металлов. Такие стекла обладают высокой стойкостью и хорошей электропроводностью.
Керамика — в ней тоже нашли использование редкоземельные элементы. Сульфид церия применяется для изготовления специальных тиглей, выдерживающих температуру до 1800 градусов.
Смесь окислов лантаноидов представляет собой великолепный абразивный материал для полировки стекла и называется полиритом. Полирит обладает полирующей способностью в два раза большей, чем даже лучшие из известных ранее подобных материалов. Кроме того, применение полирита значительно увеличивает скорость полировки.
Электротехника, радиотехника, электроника!
И здесь редкоземельные элементы почувствовали себя «как дома». Фториды церия используются для изготовления электродов дуговых ламп и прожекторов. Стоит добавить к нихромовой проволоке бытовых нагревательных приборов совсем немного редкоземельных металлов, как срок ее службы значительно удлиняется. В электронных лампах лантаноиды прекрасные геттеры — поглотители газов. Вездесущая окись церия в смеси с окисью титана — великолепный диэлектрик, а в сочетании с окисью стронция используется для приготовления новых, так называемых радиокерамических материалов.
Редкоземельные элементы «на хорошем счету» в текстильной и кожевенной промышленности. Соли церия нужны для окраски кожи, как протрава для ализариновых красителей. Соли лантаноидов придают водонепроницаемость текстильным изделиям и техническим тканям и делают их стойкими к воздействию растворов и паров кислот.
Наконец, в сельском хозяйстве соли некоторых редкоземельных элементов применяются для борьбы с вредными насекомыми и как микроудобрения.
Доброе слово о лантаноидах скажут и врачи. Известно много лекарств, содержащих редкоземельные элементы и применяющихся для лечения туберкулеза, экземы, ревматизма. Некоторые редкоземельные соли препятствуют свертыванию крови, что делает их ценными для ее консервации.
Все это далеко не полный перечень добрых дел, которые «вершат» редкоземельные элементы.
Но мы немного продолжим его. Пусть эти сферы применения лантаноидов еще не вышли из стен лаборатории, но они весьма интересны.
Мы имеем в виду уникальные магнитные свойства редкоземельных элементов, особенно диспрозия. Мы предлагаем вниманию читателя довольно обычные ныне соли — сульфат или хлорид гадолиния. Эти соединения, оказывается, можно использовать для… получения сверхнизких температур. Соли гадолиния очень сильно парамагнитны. Если их поместить в изолированное пространство, наполненное гелием, и подвести магнитное поле, то они нагреваются. Гелий поглощает тепло и откачивается, магнитное поле отключается. Теперь соль охлаждается до температуры ниже начальной. Цикл повторяется много раз. Так может быть достигнута температура, очень близкая к абсолютному нулю.
Наконец, развитие ядерной техники открыло лантаноидам новые области использования. Самарий, европий и гадолиний отличаются весьма высокой способностью к поглощению нейтронов и поэтому используются как материалы регулирующих стержней в ядерных реакторах.
Благородные металлы
В богатом и разнообразном царстве металлов есть одна замечательная плеяда, с которой тесно связана не только история химии, но и вся история человечества. Представители этой плеяды расположены в двух отдельных группах периодической системы элементов Д. И. Менделеева: первой и восьмой. Дистанция, как видно, огромного размера: ведь принадлежность к разным группам свидетельствует о различии в коренных химических свойствах. И все-таки наши металлы удивительно сходны — все они являются благородными.
Царь металлов
С незапамятных времен притягивала человеческий взор редкая красота этого единственного в своем роде металла. Его лучезарный блеск невольно приводил на память жаркое сияние солнца. Недаром алхимики приписывали ему магическую взаимосвязь с нашим дневным светилом. От латинского названия солнечного металла «Aurum» происходит имя «Аврора», означающее «заря».
Безусловно, люди ценят золото не только за красоту. Попробуйте сыскать другой металл, столь же ковкий и тягучий. Умение выделывать из золота чрезвычайно тонкие листки было известно еще нашим далеким предкам. Если помните, о нем упоминает автор «Одиссеи» Гомер, а древнеримский историк Гай Плиний Младший уже довольно точно сообщает, что унция (31,1 грамма) золота дает 750 квадратных листов в 4 пальца шириною.
Любопытно отметить, что золото, перед тем как стать предметом роскоши, шло наряду с медью на изготовление оружия и домашней утвари. Археологические раскопки датских курганов показали, что в древности люди экономили не на золоте, а на более редком железе. Да это и понятно. «Золото было в сущности первым металлом, который открыл человек», — говорил Карл Маркс в своей работе «К критике политической экономии». Лишь после того как были найдены другие металлы и появились способы их обработки, золото получило власть, стало сильным. И уже гораздо позднее оно выступило в роли денег.
Но только ли физические свойства способствовали превращению золота в драгоценный металл?
Если железная крыша не покрашена, она довольно скоро покроется бурыми пятнами ржавчины. Оцинкованное ведро служит дольше, чем луженое медное, однако и на нем беспощадные зубы времени рано или поздно оставляют следы в виде беловатого налета окиси. То же самое явление, называемое коррозией, происходит с большинством металлов во влажной атмосфере. Но сколько бы лет ни пролежало на воздухе золото, оно не заржавеет, не потеряет своего чудного блеска. В течение шести столетий ярко горел на солнце позолоченный купол собора Ивана Великого в Московском Кремле.
Золото неприступно для окислителей не только при обычных условиях. На сильном жару, даже в расплавленном состоянии, — а золото плавится при температуре 1063 °C, — оно не уступает атакам кислорода.
Самые агрессивные кислоты не способны нарушить олимпийское спокойствие царя металлов. Исключение составляет смесь 3 частей соляной и 1 части азотной кислоты. Она относительно легко растворяет золото и поэтому называется «царской водкой».
