Аркадий Курамшин – Таблица Менделеева. Элементы уже близко (страница 29)
Как и его близкий родственник – железо, рутений может образовывать различные оксиды. Один из таких оксидов – рутениевый красный, применяется для подкрашивания отрицательно заряженных биомолекул, например, нуклеиновых кислот, перед изучением биологических образцов с помощью микроскопии. Некоторые комплексы рутения изучаются как потенциальные противоопухолевые препараты.
45. Родий
С точки зрения строения атомного ядра родий можно считать уникальным – это единственный относительно тяжелый химический элемент, представленный в земной коре единственным устойчивым нуклидом 103Rh. Радиоактивные изотопы родия также существуют, но период полураспада самого долгоживущего из них – 101Rh – всего три года и четыре месяца, поэтому они не накапливаются в земной коре и можно говорить, что родий моноизотопный.
Родий – металл серебристо-белого цвета, который, как и все металлы платиновой группы (рутений – родий – палладий объединены в так называемую «малую платиновую группу»), отличается крайне низкой активностью. Царская водка (смесь соляной и азотной кислот), которая быстро и охотно растворяет золото, реагирует с родием только при заметном нагревании. Именно с помощью царской водки родий и был отделён от платины (платина с ней не реагирует совсем). Первооткрывателем родия является Уильям Хайд Волластон. Он выделил этот металл из платиновой руды, доставленной в Британию контрабандой с территории современной Колумбии. Эту руду в канун Рождества 1802 года приобрели Волластон и его друг и коллега Смитсон Теннант.
Контрабандная руда оказалась весьма ценной для обоих ученых. Её исследования позволили получить не только окрашенный в розовый цвет раствор хлорида – элемента, который Волластон назвал родием (от греческого «розос» – роза), но и другие находки. Волластон открыл в этом образце ещё и палладий, а Теннант – осмий и иридий.
Чаще всего мы сталкиваемся с родием, работающим в каталитической системе дожигания выхлопных газов от автомобильных двигателей внутреннего сгорания. Правда, в этом случае наш контакт с этим элементом весьма опосредован – каталитическая система, которая служит для обеспечения полного сгорания некоторых небезопасных веществ, покидающих выхлопную трубу, расположена глубоко внутри автомобиля и к тем деталям, которые можно обслужить своими силами, не относится.
Помимо родия катализаторами дожигания выступают также платина и палладий, но их значение немного различается. Если палладий может выполнять работу платины и наоборот – ускорять окисление угарного газа СО в углекислый СО2, то родий выполняет тот трюк, на который ни платина, ни палладий не способны. Его мишень – оксиды азота (их часто обозначают как NOx), которые в присутствии аммиака и при посредстве родия разрушают на молекулярные азот и кислород (или воду). Родий работает с производными азота и в другом процессе – до сих пор не существует более эффективного катализатора окисления аммиака воздухом (эта реакция важна для производства азотной кислоты и нитратов). Ежегодно из руд извлекается не более 30 тонн родия, поэтому и отслужившие своё системы дожигания выхлопных газов, и катализаторы сжигания аммиака подвергаются вторичной переработке, и извлечённый из них родий заново пускают в дело.
Ещё один процесс, в котором родий применяется как катализатор, – получение уксусной кислоты в результате реакции монооксида углерода (СО) с метиловым спиртом (СН3ОН). В 1960-е годы родий заменил в этом процессе «соседа сверху» – кобальт, сделав процесс более эффективным и протекающим с меньшим количеством побочных продуктов. С помощью родиевых катализаторов до недавнего времени в мире производили около пяти миллионов тонн уксусной кислоты, однако в последнее время на смену родию приходит его «сосед снизу» – иридий, делающий получение уксусной кислоты еще более эффективным.
Родий применяется и в ювелирном деле – например, для того, чтобы серебро не темнело, его покрывают тонким слоем родия. Пожалуй, самое известное ювелирное изделие из родия – родиевый диск-сертификат от Книги рекордов Гиннесса, который получил Пол Маккартни как самый успешный музыкант и сочинитель песен в истории (на момент вручения он был автором 43 песен, которые были проданы более чем миллионными тиражами). Всего же Маккартни за свою музыкальную карьеру получил 60 золотых дисков (42 – играя в
46. Палладий
В апреле 1803 года наиболее известным британских химикам анонимно доставили рекламный листок: «Палладий или новое серебро», в котором были перечислены свойства нового благородного металла и предложение его купить. Реклама указывала единственного поставщика металла – магазин минералов, руд и металлов мистера Джейкоба Форстера в Сохо. Сам мистер Сохо на момент подачи рекламного объявления был в отъезде, и потенциальным покупателям пришлось иметь дело с его женой. Когда редактор британского журнала
Николсон перепечатал в своем журнале информацию, указанную в рекламе, но неудивительно, что необычный способ, который помог ученому сообществу обратить внимание на открытие, вызвал у многих подозрение. Проанализировавший образец палладия, купленный у миссис Форстер за целую гинею, английский химик Ричард Ченевикс заявил, что это никакой не новый элемент, а сплав платины с ртутью. После этой статьи Ченевикса Уильям Хайд Волластон (именно он и был тем самым вежливым молодым человеком, решившим сообщить об открытии нового элемента столь экстравагантным способом) опять же анонимно пообещал награду в 20 фунтов любому, кто получит разумное количество сплава платины со ртутью, соответствующего свойствам палладия. Естественно, награда осталась невыплаченной. В конце концов Волластон вышел из сумрака и в 1805 году опубликовал сообщение об открытии палладия в научном журнале (
История объявления об открытии палладия – не единственный пример из жизни этого элемента, имеющего оттенок в определённой степени скандальной славы. В конце ХХ века палладий на какое-то время стал героем статей, обещающих переворот в мировой энергетике. В 1989 году электрохимики Мартин Флейшман и Стэнли Понс сделали удивительное заявление о том, что они провели термоядерный синтез в электролитической ячейке. Когда исследователи подавали электрический ток на ячейку, по их мнению, атомы дейтерия из тяжёлой воды, проникшие в палладиевый катод, сливались в атомы гелия, а энергия этого процесса превращалась в тепло. Флейшман и Понс утверждали, что этот процесс не может быть результатом ни одной известной химической реакции, и присовокупили к нему термин «холодный синтез». Однако физики-ядерщики и специалисты по физике плазмы не верили в «холодный термояд»[1]. Было известно, что два ядра дейтерия в принципе могут слиться с образованием ядра 4Не и высокоэнергичного гамма-кванта, но вероятность протекания такого процесса ничтожна. Обычно реакция двух ядер тяжелого водорода завершается рождением ядра трития и протона или же возникновением нейтрона и ядра 3Не, причем вероятности этих превращений примерно одинаковы. Если внутри палладия действительно идет ядерный синтез, то он должен порождать большое число нейтронов, которые можно было обнаружить с помощью нейтронных детекторов, то есть интерпретацию экспериментов Флейшмана и Понса можно было бы подтвердить с помощью стандартной радиометрической аппаратуры.
Однако из этого ничего не вышло. Флейшман убедил сотрудников британского ядерного центра в Харуэлле проверить его «реактор» на предмет образования нейтронов, но нейтроны так и не были обнаружены. Поиск гамма-лучей соответствующей энергии тоже обернулся неудачей. К такому же заключению пришли и физики из Университета Юты. Сотрудники Массачусетского технологического института попытались воспроизвести эксперименты Флейшмана и Понса, но опять же это ничего не дало. В конечном итоге «открытие десятилетия» обернулось закрытием на конференции Американского физического общества 1 мая того же года. Исследование забраковали, а холодный термоядерной синтез пополнил паноптикум лженауки.
Хотя палладию и не удалось стать металлом холодного термоядерного синтеза, в начале нашего века он стал незаменимым элементом для «холодного горения» – палладий применяется в качестве катализатора водородных топливных элементов – устройств, в которых химическая энергия окисления водорода непосредственно преобразуется в электрическую, минуя протекающие с низким коэффициентом полезного действия процессы горения.
Палладий хорошо растворяет водород (при атмосферном давлении в одном объёме палладия растворяется 600 объёмов водорода). Так как поры кристаллической решётки палладия пропускают только водород, его можно использовать для тонкой очистки водорода от других газообразных примесей. То обстоятельство, что палладий взаимодействует с водородом не только поверхностью, но и фактически всем объёмом, делает его хорошим катализатором присоединения водорода к непредельным углеводородам. Палладий применяется для изготовления ювелирных изделий, зубных пломб и зубных коронок, однако, как и родий с платиной, большей частью он используется в каталитических конверторах систем очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания – на это тратится до 100 тонн палладия из 160 потребляемых разными отраслями промышленности ежегодно.