Аркадий Курамшин – Таблица Менделеева. Элементы уже близко (страница 24)

История брома начинается в 1826 году. Молодой фармацевт Антуан Жером Балар, изучая рассолы средиземноморских соляных промыслов, обнаружил образование маслообразной жидкости красного цвета. Предположив, что он обнаружил новый элемент, Балар отправил результаты своих наблюдений во французскую Академию наук, которая подтвердила факт открытия. Сам Балар предложил новому элементу название «мурид» (от латинского muria – рассол), однако вскоре Жозеф Гей-Люссак переименовал элемент в бром (от древнегреческого «бромос» – дурной запах, зловоние).

В наше время бром перестали применять отчасти из-за того, что в некоторых бромсодержащих продуктах отпала нужда, отчасти из-за того, что производные этого элемента могут вызывать повреждение озонового слоя. Летучие броморганические соединения способны диффундировать в стратосферу, достигая озонового слоя, где атомы брома оказываются в 50 раз более опасными для нашей естественной защиты от ультрафиолета, чем атомы хлора. Мы чаще вспоминаем Монреальский протокол как международное соглашение, запрещающее или ограничивающее использование хлорфторуглеводородов (фреонов), однако в этом же соглашении указано, что подписавшие его страны к 2010 году обязуются отказаться от применения летучих броморганических соединений – в особенности от применявшегося в качестве фумиганта бромметана (CH₃Br) и применявшегося для пожаротушения электрического оборудования бромдифторхлорметана CBrClF₂.

Казалось, самым опасным бромсодержащим веществом, подлежащим запрету, был бромметан, однако, как показала практика, полностью отказаться от применения этого вещества было невозможно. Бромметан, температура кипения которого составляет 3,5°C, используется для обеззараживания растительных материалов от щитовок, ложнощитовок и мучнистых червецов, для борьбы с вредителями овощей и фруктов, а также для обработки древесины и почвы (в почве, подвергшейся обработке бромметаном, существенно снижается количество нематод). Как показали исследования, проведённые уже после подписания Монреальского протокола, несмотря на низкую температуру кипения, половина бромметана, распыляемого на почву, не испаряется, так как полностью усваивается почвенными бактериями. Также оказалось, что большая часть броморганических соединений в атмосфере не антропогенная по происхождению – планктон и водоросли ежегодно обогащают атмосферу миллионами тон бромметанов, главным образом – бромоформом (CHBr₃).

Ещё более удивительным оказалось то, что в мировом океане существует источник пентабромдифенилового эфира, который в своё время производили как антипирен. В 2005 году это вещество было обнаружено в подкожном жире китов и первоначально предполагалось, что всё это следствие загрязнения океана человеком. Более детальное исследование показало, что найденный в организме китов пентабромдифениловый эфир содержит достаточное количество радиоактивного углерода ¹⁴C, указывающего на биосферное происхождение вещества. Синтетический антипирен производят из нефтяного сырья, в котором углерод ¹⁴C отсутствует. Ещё одно сложное броморганическое соединение со дна океана – пурпурный краситель, которым красили облачение римских и византийских императоров. Пигмент, носивший название «тирский пурпур», получали из организма средиземноморских моллюсков Murex brandaris. Основной компонент этого пигмента 6,6’-диброминдиго.

Если вред органического брома для атмосферы, вероятно, был преувеличен, неорганические соединения брома могут быть опасны для водных ресурсов. Наиболее опасными производными брома считаются броматы (вещества, образующие при электролитической диссоциации ион BrO₃^–), нормы содержания которых в питьевой воде очень низки. К несчастью, обычно содержащиеся в воде бромид-ионы могут окисляться до броматов хлором или озоном на стадиях обеззараживания воды. В итоге сейчас бром наиболее широко применяется в фармацевтике и медицинской химии, где броморганические соединения чаще всего выступают в качестве полупродуктов для производства лекарственных препаратов.

36. Криптон

Иногда названия минералов могут сыграть с нами злую шутку – мы привыкаем к тому, что залегающее в земной коре химическое вещество связано своим названием с минералом в его составе, однако бывают и исключения (сам как-то раз писал на Всероссийскую химическую олимпиаду про минерал «селенит», который не имел отношения к селену). В одном я уверен – вряд ли кто из читателей думает, что даже во вселенной DC элемент под названием криптон может входить в состав криптонита. Законы Вселенной везде одинаковы, и на родине Супермена элемент №36 тоже должен проявлять свойства инертного газа.

Криптон, наряду с ксеноном и неоном, был обнаружен в 1898 году в ходе одного длительного эксперимента, который провели Уильям Рамзай и его коллега Моррис Уильям Траверс. После выделения аргона из воздуха Рамзай решил выяснить, какие ещё компоненты содержится в нем, и вместе с Траверсом поставил эксперимент по постадийному испарению сжиженного воздуха. Сначала был получен жидкий воздух, который исследователи медленно испаряли, собирая отдельно каждый из компонентов. После того, как испарились лёгкие компоненты воздуха, осталась фракция, спектральный анализ которой выдавал наличие в ней нового элемента. Дальнейшие эксперименты позволили разделить эту фракцию на два компонента, один из которых и получил название «криптон» (от греческого «криптос» – тайный, скрытый). Вторым компонентом смеси был еще более тяжелый газ – ксенон. До сих пор при промышленном получении криптона и ксенона первоначально проводят грубое фракционирование воздуха, получая криптон-ксеноновую смесь, которую затем подвергают более тонкому разделению. Из-за небольшого содержания криптона и ксенона в воздухе сразу получить из него чистые криптон и ксенон невозможно.

Как и другие инертные газы, криптон не имеет ни цвета, ни вкуса, ни запаха. В одном кубическом метре воздуха содержится около кубического сантиметра криптона. В атмосфере Земли криптон образуется в результате радиоактивного распада тория и урана, протекающего в земной коре и не только. Любопытно, что поскольку большая часть ядерных реакторов, построенных человечеством, построена в Северном полушарии Земли, концентрация криптона в атмосфере у северного полюса Земли примерно на 30% выше, чем у южного. Криптон – самый легкий из инертных газов, соединения которого могут существовать при положительной температуре. Дифторид криптона (KrF₂), впервые полученный в 1960-е годы, разлагается при 20 °С. Это вещество настолько активно, что может окислить металлическое золото до степени окисления +5.

Низкая распространённость криптона (и его высокая стоимость) ограничивает его практическое применение. Его применяли для заполнения ламп накаливания для предотвращения преждевременного перегорания вольфрамовой спирали. Криптон также закачивали между стеклами двойного стеклопакета окон и рам для теплоизоляции (тяжёлый газ плохо проводит тепло), однако и для лампочек, и для теплоизоляции применение аргона более выгодно благодаря соотношению цена/качество.

Всё же некоторые свойства криптона уникальны. При ионизации газообразный криптон испускает яркий белый свет, что позволяет использовать содержащие криптон лампы для вспышек в высокоскоростной фотографии. Способность криптона образовывать устойчивые фториды дала возможность создания криптон-фторидных лазеров. С 1960 по 1983 год криптон, точнее его нуклид ⁸⁶Kr, был очень важен для измерений и метрологии – в то время в СИ метр определялся через длину волны оранжевой линии в спектре этого атома. Ну и, конечно, криптоном заполняют «неоновые» лампы (см. главу про неон). В отличие от газоразрядных ламп, заполненных неоном, лампы с криптоном дают бледно-розовое излучение.

37. Рубидий

История рубидия началась в 1859 году, когда Роберт Бунзен и Густав Кирхгоф скомбинировали в одном устройстве горелку Бунзена и призму Ньютона, расщепляющую пламя горелки на составляющие, создав устройство под названием «спектроскоп», и в аналитической химии началась новая эпоха.

Рубидий был одним из элементов, открытых непосредственно Бунзеном и Кирхгофом – при внесении в пламя горелки спектроскопа образца минерала лепидолита в спектре были обнаружены не соответствовавшие ни одному из известных элементов ярко-красные спектральные линии, что позволило дуэту немецких химиков предположить наличие в породе неизвестного элемента, после чего они выделили его из руды. Название рубидий происходит от латинского слова rubidus (интенсивно-красный, рубиново-красный), указывающего и на цвет линий в спектре, позволивших обнаружить рубидий, и на то, какую окраску придают чистые образцы соединений этого элемента бесцветному пламени газовой горелки.

С одной стороны, рубидий нельзя назвать «химической экзотикой» – это шестнадцатый по распространённости в земной коре химический элемент, его примерно столько же, сколько меди. С другой, в отличие от той же меди, рубидий не относится к минералообразующим элементам – он не образует собственных месторождений, а встречается только как примесь в минералах щелочных металлов. Большую часть сырья для производства рубидия извлекают из лепидолита, в котором он был обнаружен, хотя основная причина разработки лепидолитовых руд добыча не рубидия, а лития. Металлический рубидий получают из хлорида, восстанавливая металлическим кальцием при 750 °C и пониженном давлении.