Аркадий Курамшин – Таблица Менделеева. Элементы уже близко (страница 42)

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 него 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 закона. 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 килограммов руды молибденита, выделив из неё один грамм чистого рения. В наши дни извлечение рения из руд проходит более эффективно – его получают из молибденили 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), найденный 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 оно в кальдере вулкана Кудрявый на острове 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, который по твердости сравним 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, 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 квантово-химических 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.

Осмий не тот металл, который является объектом крупнотоннажного производства, более того, сейчас его годовое производство в масштабах человеческой цивилизации не достигает одной тонны (если честно, в год добывается около 100 килограммов этого металла). Правда, были времена, когда осмий был популярнее, и эту популярность он приобрёл после изобретения в 1879 году Томасом Эдисоном лампы накаливания и необходимости её модификации – подбора такого материала для нити накаливания, который бы светился, но не плавился.

Было перепробовано много вариантов, один из которых предложил австрийский химик Карл Ауэр фон Вельшбах. Исходя из того, что наиболее тугоплавки вольфрам и осмий, он предложил использовать для нитей накаливания ламп сплав осмия с вольфрамом, который назвали «осрам». Начиная с 1906 года осрам некоторое время применялся для изготовлений ламп накаливания, хотя чуть позже стало ясно, что одного вольфрама вполне достаточно. Организованная в 1919 году немецкая компания по производству осветительных устройств стала называться OSRAM Werke GmbH. Компания существует и в наши дни, и на её лампах до сих пор можно наблюдать маркировку OSRAM, хотя с 2000-х годов она уже не производит лампы накаливания, переключившись на выпуск энергосберегающих источников света – люминесцентных, галогенных и светодиодных ламп.

77. Иридий

В отличие от осмия, иридию повезло – Смитсон Теннант в первую очередь обратил внимание на разнообразную окраску соединений этого металла, а не на их запах, поэтому и назвал новый элемент в честь греческой богини радуги – Ириды (справедливости ради, окраска соединений ванадия более разнообразна).

Повторю, что иридий относится к тугоплавким элементам и что вместе с осмием является самым плотным веществом. Если в плане плотности иридий делит пальму первенства с осмием, в одном он точно непревзойдён. Мы привыкли к тому, что эталонами химической стойкости для нас являются золото и платина, однако способность иридия сопротивляться коррозии гораздо выше, чем у платины. И ещё одно – по сравнению с распространённостью иридия в земной коре золото и платину можно считать весьма распространёнными металлами. В наши дни ежегодно в мире добывается не более трёх тонн иридия, который из-за устойчивости к коррозии и твёрдости преимущественно применяется для изготовления электродов автомобильных свечей зажигания.