"Неустойчивый" элемент
Согласно подсчётам, в природе существует всего лишь около 30 грамм данного вещества. При жизни Д.И. Менделеева, открывшего периодический закон, этот элемент ещё не был обнаружен – его существование было только предсказано учёным. Неизвестному элементу был присвоен порядковый номер 85. И только в 1943 году он был обнаружен в природе. Правда, незадолго до этого, в 1940 году, этот элемент был получен искусственно в лаборатории.
Имя этому редкому веществу, представляющему собой чёрно-синие кристаллы, - астат. Название происходит от греческого слова «астатос», что буквально означает «неустойчивый». И элемент полностью соответствует данному ему наименованию: его жизнь коротка, период полураспада составляет всего 8,1 ч. Обнаружить астат удалось в продуктах распада радона, урана и тория. Крошечные количества астата в земной коре были обнаружены путём улавливания характерного для вещества излучения.
Свойства астата
Редкий и неуловимый астат практически не растворяется в воде, зато легко испаряется в воздухе и в вакууме. Но большинство его свойств пока мало изучены в силу сложности получения астата для исследований. Нерешённым остаётся вопрос, относится ли астат к металлам или к неметаллам. По своим химическим свойствам он приближается к неметаллу йоду и к металлу полонию. Сам Менделеев назвал неизвестное тогда вещество «эка-йод».
В основном изотопы астата получают облучением металлических висмута или тория α-частицами высокой энергии с последующим отделением астата соосаждением, экстракцией, хроматографией или дистилляцией. Температура плавления 302 °C, кипения (возгонки) 337 °C.
Астат – ядовитое вещество. Вдыхание его в совсем небольшом количестве способно вызвать сильное раздражение и воспаление дыхательных путей, а большая концентрация приводит к сильному отравлению.
Влияние на организм
Одним из свойств, объединяющих астат с йодом, является его способность концентрироваться в щитовидной железе. Причём, его воздействие на щитовидную железу сходно с йодом, только действие астата сильнее. К тому же найдено надёжное средство выведения астата из организма – ионы роданида, что позволяет свести к минимуму вредное воздействие на другие органы и ткани. Такие свойства астата делают перспективным его применение в медицине.
Но у астата ещё немало тайн и загадок, которые рассеяны в природе и неуловимы так же, как и он сам. Даже крошечные его частицы, вероятно, таят в себе большие возможности, которые человечеству ещё предстоит раскрыть.
Металлы - это группа простых элементов, которые обладают характерными свойствами. Среди основных их свойств - ковкость, пластичность, блеск, тепло- и электропроводность. Название восходит к латинскому «metallum», что означает «рудник», «минерал», «металл».
Редкие и дорогостоящие
Все металлы твердые, но их прочность разнится. Некоторые можно разрезать кухонным ножом, а другие (хром, например) царапают даже сталь или стекло.
Большая их часть присутствует в природе в виде руд и соединений. Их извлекают из земли во время добычи полезных ископаемых.
Многие металлы имеют собственные уникальные свойства. К примеру, иридий способен уничтожать раковые клетки. Он наполняет их огромной дозой кислорода, которая убивая патогенные элементы, оставляет здоровые нетронутыми.
Интересный факт. Оказывается, что в составе обыкновенного смартфона присутствуют золото, серебро и палладий - дорогостоящие и достаточно редкие металлы. Особенно ценными эти мобильные телефоны кажутся на фоне того, что однажды человечество исчерпает запасы драгоценных элементов на приемлемой для добычи глубине.
В природе встречается множество металлов, но все в разном количестве. Каких-то очень много, других - практически нет. Есть металлы-изотопы, которые получают искусственным путем. Многие из них являются не только редкими, но и безумно дорогими. Итак, какой самый редкий металл на Земле?
Калифорний из Калифорнии
Калифорний (Cf) на сегодняшний день имеет статус самого редкого и дорогого металла на Земле. Находится под номером 98 в таблице Менделеева. Его называют «камнем надежды». Он имеет серебристо-серый цвет и производится путем длительного облучения плутония. Сам плутоний был получен при бомбардировке урана ядрами тяжелого водорода.
Калифорний был выведен группой ученых во главе с Гленном Сиборгом в 1950 г. В природе его, естественно, не существует. Его созданием занималась команда Калифорнийского университета (откуда и получил свое название металл) города Беркли. Сегодня с ним работают лишь 2 лаборатории. Одна находится в России, другая - в США.
Калифорний является изотопом (изотопы получают искусственным путем). При этом стоимость его просто баснословна - до 10 млн. долларов за грамм. Это неудивительно, ведь мировой запас металла составляет всего 8 граммов. Ежегодно удается получить лишь 20-40 грамм калифорния.
Этот металл является радиоактивным и состоит из 17 изотопов. Самым изученным из них считается калифорний-252. Длительность его полураспада составляет целых 900 лет.
Свойства калифорния ошеломляющие. Применяется преимущественно в медицине и в области ядерной физики. Он является мощным источников нейтронов, поэтому его используют для обработки злокачественных опухолей, которых «не берет» лучевая терапия.
Он также используется для изучения космического пространства - как Луны, так и самых дальних звезд и планет. Он применим и для исследования деления ядер. Кроме этого, калифорний является незаменимым помощником во время добычи полезных ископаемых - он позволяет обнаруживать серебро и золото.
Бомбы, изготовленные с добавлением самого редкого в мире металла, считаются очень мощными. 1 грамм калифорния способен обеспечить часовую деятельность небольшого ядерного реактора.
Осмий и осмий-187
Осмий - природный металл. Формально его причисляют к благородным. Осмий имеет красивый серебристо-голубой оттенок. Отличается самой высокой температурой плавления. Ученые долгое время не могли выяснить, при какой температуре плавится этот металл - 3000 или 5000 градусов. Результаты сообщили, что плавить его лучше на поверхности Солнца.
Добыча осмия в природе - длительной процесс, занимающий почти год. Его стоимость на рынке составляет 10 000 долларов за 1 грамм. Однако намного дороже стоит изотоп осмия-187. Его стоимость достигает 200 000 долларов за грамм. Производство изотопа занимает около 9 месяцев. Примечательно, что применения осмию-187 пока не нашли. Но уже покупают.
А есть ли другие?
Калифорний - самый редкий металл на Земле, но есть и другие, природные. Содержание их в земной коре также невелико. Сегодня известно около 40 металлов, очень редко встречающихся в природе. При этом они не формируют месторождений, а соседствуют с другими минералами. Их называют рассеянными. Так, висмут встречается в месторождениях меди, а германий - в углях.
Астат
Астат - самый редкий металл на планете, встречающийся в природных условиях. В земной коре присутствует всего 70 мг астата. Долгое время его считали галогеном (образующим соли в результате реакции с металлами). Но в 2013 году было проведено исследование. Ученые смоделировали свойства астата. Формально, он должен быть металлом, но при этом не выстраивает присущую им кристаллическую решетку. Структура астата должна быть схожа со структурой ртути, но при этом он, вероятно, в нормальных условиях будет не твердым, а жидким.
В лабораториях за все время изучения его свойств удалось получить лишь 0,05 микрограмма самого редкого металла на земле, поэтому его основные характеристики (цвет, плотность) остаются для химиков загадкой.
Астат получают путем облучения висмута с последующим отделением их друг от друга. Все изотопы этого вещества являются активными. Примечательно, что период распада астата составляет чуть больше 8 часов. Это свойство позволяет использовать его в ядерной медицине.
Рений - один из самых редких металлов
Рений - один из самых редких металлов на Земле. При составлении своей таблицы Менделеев предсказал, что вскоре будет обнаружено соединение с весом атома 180. Долгие годы ученые пытались найти таинственный металл. Но лишь в 1925 году этот редкий устойчивый металл обнаружили Ида и Вальтер Ноддак.
До недавнего времени он считался рассеянным. Минералы рения настолько редки, что представляют не промышленную, а научную ценность. Этот металл уникален, его свойства не имеют аналогов. Он используется в процессе создания космической и авиационной техники. Всего 4% рения позволяют добиться невероятной прочности. Такая техника выдерживает высочайшую температуру (до 2 000 градусов), не теряя прочности. Около 70% рения, добываемого в мире, эксплуатирует Япония.
Сегодня спрос на рений, как и другие редкие элементы таблицы Менделеева, растет с каждым днем. Особенно в нем нуждается США. Это объясняет стоимость металла - 800 долларов за 1 грамм неочищенного сырья.
Рений на Южно-Курильских островах
В 90-х годах прошлого столетия в России было обнаружено крупное месторождение рения. Теперь главное - построить завод и наладить его добычу. Месторождение находится прямо в кратере действующего вулкана Кудрявого, что на острове Итурупе (принадлежит к группе Южно-Курильских островов).
Газы вулкана ежегодно выбрасывают на поверхность около 15 тонн рения. Это подтверждает теорию геологов о том, что большинство редких и тяжелых металлов, недоступные нам, находятся в недрах планеты.
Редкий элемент европий (Europium
), относящийся к группе лантаноидов, можно обнаружить… в евро. Его крайне малое количество содержит металлическая метка на купюре, препятствующая подделке.
Элемент (атомный номер 63) был открыт в начале ХХ века и назван так в честь Европы. В мире есть несколько рудников, где добывается европий: в Китае, России, а также небольшая шахта в США. Но запасы его считаются дефицитом.
По некоторым данным, стоимость одного грамма Eu
доходит до 2 тыс. долларов. Еще одним интересным применением европия стала цветопередача экранов телевизоров и компьютерных мониторов. Именно он, благодаря химическим свойствам, обеспечивает присутствие на экране насыщенного красного цвета.
Элемент аргон (Argon ) известен более своего собрата европия благодаря той же сварке, лампам и распространенности в земной атмосфере. Однако мало кто знает, что инертный газ аргон (атомный номер 18) используется также при монтаже энергосберегающих окон. Из-за низкой проводимости тепла его помещают между стеклами. Сам по себе аргон безопасен, но у него есть свойство «выдавливать» из атмосферы кислород. Отсюда еще одно применение элемента – его используют на бойнях фабрик для умерщвления, к примеру, птиц.
Скандий (Scandium ) был открыт в 1879 году и назван так химиком Ларсом Фредериком Нильсоном в честь Скандинавии. Этот элемент достаточно распространен в земной коре (его извлекают из минерала тортвейтита), однако даже спустя 100 лет после его открытия люди так и не придумали, как использовать скандий (атомный номер 21). В 1970-х годах эксперты обнаружили, что этот серебристый металл в соединении с алюминием дает удивительно прочный и легкий сплав, который может успешно использоваться в аэрокосмической промышленности.
У Айзека Азимова есть небольшая научно-фантастическая повесть «Ловушка для простаков». Ее герои – ученые – пытаются установить причины гибели колонии поселенцев на планете сразу после ее высадки. Выяснилось, что причиной стал бериллиоз, вызванный вышедшим на поверхность бериллием (Beryllium ). На самом деле вред бериллия (атомный номер 4) не является полностью фантастикой, хотя и преувеличен Азимовым. По данным Международного агентства по исследованию рака (International Agency for Research on Cancer), бериллий является канцерогеном. С другой стороны, ценность бериллия несомненна: в сочетании с хромом он приобретает красивый зеленоватый оттенок и становится драгоценным камнем, известным как изумруд.
Самым мистическим элементом можно назвать галлий (Gallium ) из-за необычной области его применения. Днем серьезные люди используют галлий (атомный номер 31) для производства полупроводников или в фармакологической промышленности. А вечером галлий выходит на сцену вместе с иллюзионистами. Дело в том, что у этого мягкого и блестящего металла есть интересное свойство. При температуре чуть выше комнатной он начинает «таять». То есть если ложку из галлия положить на стол, она останется ложкой. Но в стакане с горячим чаем она «растворится». То же произойдет, если долго нагревать ложку из галлия теплом руки. Отсюда и знаменитый фокус с ложкой, «согнутой силой мысли».
Все мы знаем о таких металлах, как алюминий, железо, хром, платина, золото. Все они у нас на слуху и являются наиболее распространенными. Но есть и такие металлы, название которых многим людям совершенно не знакомо. Давайте узнаем, какой самый редкий металл на Земле существует, и какие он имеет характеристики.
Рений: устойчивый и редкий
Самый редкий металл в мире – таковым по праву может считаться рений, появление которого было предсказано Менделеевым в 1870г. В те времена великий химик утверждал, что совсем скоро будет обнаружено соединение, имеющее вес атома 180. Однако многие ученые бились над этим, но открыть неведомый ранее металл удалось им лишь в 1925г. Вальтер и Иде Ноддак открыли устойчивый материал, который был назван в честь немецкой реки Рейн.
Очень многие люди даже и не догадываются о существовании этого редчайшего металла, однако в промышленности о нем знают не понаслышке – ценность рения признается гораздо более высокой, чем ценность платины. В 1992 году было обнаружено редкое месторождение рения, которое находится в России – на вулкане Кудрявый (Южно-Курильские острова). Сегодня данное месторождение находится в стадии активного формирования. Однако добыть этот самый редкий металл довольно сложно – чтобы получить килограмм материала, нужно добыть не меньше 2000 тонн молибденовой и медной руды. За год можно получить примерно сорок тонн редчайшего металла.
Характеристики редкого металла
Данный металл можно отнести к одному из наиболее тугоплавких. Но, несмотря на это, он довольно пластичен. Легко поддается ковке, прокатке, вытягиванию в проволоку. Но пластичные свойства материала зависят прямым образом от того, насколько чистым является полученный рений. Поскольку данный элемент будет пластичнее, чем вольфрам, то и спрос на него несколько выше. Но использовать данный металл иногда бывает затруднительно в силу его высокой стоимости. Рений даже можно считать самым дорогостоящим металлом.К примеру, в 1969г. за один килограмм редчайшего элемента в порошковом виде нужно было выложить примерно 1300 долларов.
Немаловажным качеством рения является его прекрасная жаропрочность. Свойственно данному материалу сохранять прочность при 2000 градусном температурном режиме гораздо лучше, чем это присуще молибдену, вольфраму, ниобию. К тому же прочность рения выше, чем у данных металлов, с трудом поддающихся плавлению. Редкий металл обладает и высокой устойчивостью к коррозии, что роднит материал с платиной.
В компактном виде рений обладает серебристым цветом. Если хранить его при невысоких температурах, то годами он не будет терять внешнего вида и не потускнеет. Процесс окисления рения можно наблюдать при температурном режиме в 300 градусов, а более интенсивное окисление будет происходить при температуре свыше 600 градусов. Данное свойство означает, что металл гораздо более стойкий к окислительному процессу, чем вольфрам или молибден, а также ему не свойственно вступать в реакцию с азотом и водородом.
Использование рения
Благодаря отличному сочетанию химических и физических характеристик данного металла, он используется в тех отраслях, где применение дорогостоящих металлов необходимо, чтобы достичь нужных результатов. Как правило, рений идет для сплавов, которые в итоге получаются более дешевыми, чем он сам. А непосредственно рений используют для изготовления важных деталей небольших размеров. Также рений идет на покрытие других металлов.
Применяют рений для создания высокооктанового бензина, изготовления высокоточной техники, производства фильтров, позволяющих очищать автомобильные выхлопы. Но использовать рений в более широких масштабах почти невозможно из-за его дефицита в природе и, следовательно, высокой стоимости.
Еще один редкий элемент в земной коре
Таковым признан астат, которого в земной коре, по мнению ученых, содержится лишь 0,16 гр. Открыт официально данный элемент таблицы Менделеева был в 1940г. Характеристики астата изучить экспериментально довольно сложно из-за малого его количества. Однако этот радиоактивный элемент вызывает сегодня большой интерес ученых, поскольку было выяснено, что он может использоваться в борьбе с раковыми клетками.
В природе встречаются 94 химических элемента. К настоящему времени искусственно получены ещё 15 трансурановых элементов (элементы с 95-го по 109-ый), существование 10 из них бесспорно.
Самые распространенные
Литосфера. Кислород (O), 46,60% по весу. Открыт в 1771 г. Карлом Шееле (Швеция).
Атмосфера. Азот (N), 78,09% по объему, 75,52% по массе. Открыт в 1772 г. Резерфордом (Великобритания).
Вселенная. Водород (Н), 90% всего вещества. Открыт в 1776 г. Генри Кавендишем (Beликобритания).
Самый редкий (из 94)
Литосфера. Астат (At): 0,16 г в земной коре. Открыт в 1940 г. Корсоном (США) с сотрудниками. Встречающийся в природе изотоп астат 215 (215 Аt) (открыт в 1943 г. Б. Карликом и Т. Бернертом, Австрия) существует в количестве лишь 4,5 нанограмма.
Атмосфера. Радон (Rn): всего 2,4 кг (6·10 –20 объема одной части на 1 млн). Открыт в 1900 г. Дорном (Германия). Концентрация этого радиоактивного газа в районах залежей гранитных пород предположительно стала причиной ряда раковых заболеваний. Общая масса радона, находящегося в земной коре, из которой и пополняются атмосферные запасы газа, равна 160 т.
Самый легкий
Газ. Водород (Н) имеет плотность 0,00008989 г/см 3 при температуре 0°С и давлении в 1 атм. Открыт в 1776 г. Кавендишем (Великобритания).
Металл. Литий (Li), имеющий плотность 0,5334 г/см 3 , является самым лёгким из всех твёрдых веществ. Открыт в 1817 г. Арфведсоном (Швеция).
Максимальная плотность
Осмий (Os), имеющий плотность 22,59 г/см 3 , является самым тяжёлым из всех твёрдых веществ. Открыт в 1804 г. Теннантом (Великобритания).
Самый тяжёлый газ
Им является радон (Rn), плотность которого 0,01005 г/см 3 при 0°С. Открыт в 1900 г. Дорном (Германия).
Последний из полученных
Элемент 108, или уннилоктий (Uno). Это предварительное название дано Международным союзом теоретической и прикладной химии (IUPAC). Получен в апреле 1984 г. Г. Мюнценбергом с сотрудниками (Западная Германия), которые наблюдали всего 3 атома этого элемента в лаборатории Общества по исследованию тяжёлых ионов в Дармштадте. В июне того же года появилось сообщение о том, что этот элемент был получен также Ю.Ц. Оганесяном с сотрудниками в Объединённом институте ядерных исследований, Дубна, СССР.
Единственный атом унниленния (Une) был получен в результате бомбардировки висмута ионами железа в лаборатории Общества по исследованию тяжёлых ионов, Дармштадт, Западная Германия, 29 августа 1982 г. У него самый большой порядковый номер (элемент 109) и самая большая атомная масса (266). По самым предварительным данным, советские ученые наблюдали образование изотопа элемента 110 с атомной массой 272 (предварительное название – унуннилий(Uun)).
Самый чистый
Гелий-4 (4 Не), полученный в апреле 1978 г. П.В. Маклинтоком из Ланкастерского университета, США, имеет менее 2 частей примесей на 10 15 частей объема.
Самый твёрдый
Углерод (С). В аллотропной форме алмаза имеет твёрдость по методу Кноопа – 8400. Известен с доисторических времен.
Самый дорогой
Калифорний (Сf) продавался в 1970 г. по цене 10 долл. за микрограмм. Открыт в 1950 г. Сиборгом (США) с сотрудниками.
Самый пластичный
Золото (Аu). Из 1 г можно вытянуть проволоку длиной 2,4 км. Известно с 3000 г. до н.э.
Самый высокий предел прочности на разрыв
Бор (В) – 5,7 ГПа. Открыт в 1808 г. Гей-Люссаком и Тенаром (Франция) и X. Дэви (Великобритания).
Точка плавления/кипения
Самая низкая. Среди неметаллов гелий-4 (4Не) имеет самую низкую точку плавления –272,375°С при давлении 24,985 атм и самую низкую точку кипения –268,928°С. Гелий открыт в 1868 г. Локьером (Великобритания) и Жансеном (Франция). Одноатомный водород (Н) должен быть несжижаемым сверхтекучим газом. Среди металлов соответствующие параметры у ртути (Hg): –38,836°С (точка плавления) и 356,661°С (точка кипения).
Самая высокая. Среди неметаллов самая высокая точка плавления и точка кипения у известного с доисторических времен углерода (С): 530°С и 3870°С. Однако представляется спорным, что графит стабилен при высоких температурах. Переходя при 3720°С из твёрдого в парообразное состояние, графит может быть получен как жидкость при давлении в 100 атм и температуре 4730°С. Среди металлов соответствующие параметры у вольфрама (W): 3420°С (точка плавления) и 5860°С (точка кипения). Открыт в 1783 г. Х.Х. и Ф. д"Элуярами (Испания).
Изотопы
Наибольшее количество изотопов (по 36 у каждого) у ксенона (Xe), открыт в 1898 г. Рамзаем и Траверсом (Великобритания), и у цезия (Cs), открыт в 1860 г. Бунзеном и Кирхгофом (Германия). Наименьшее количество (3: протий, дейтерий и тритий) у водорода (Н), открыт в 1776 г. Кавендишем (Великобритания).
Самый стабильный. Теллур-128 (128 Те), по данным двойного бета-распада, имеет период полураспада 1,5·10 24 лет. Теллур (Те) открыт в 1782 г. Мюллером фон Райхенштайном (Австрия). Изотоп 128 Те впервые обнаружен в естественном состоянии в 1924 г. Ф. Астоном (Великобритания). Данные о его сверхстабильности были вновь подтверждены в 1968 г. исследованиями Е. Александера-младшего, Б. Шринивасана и О. Маньюэла (США). Рекорд альфа-распада принадлежит самарию-148 (148 Sm) – 8·10 15 лет. Рекорд бета-распада принадлежит изотопу кадмия 113 (113 Cd) – 9·10 15 лет. Оба изотопа были обнаружены в естественном состоянии Ф. Астоном, соответственно, в 1933 и в 1924 гг. Радиоактивность 148 Sm была открыта Т. Уилкинсом и А. Демпстером (США) в 1938 г., а радиоактивность 113 Cd в 1961 г. обнаружили Д. Уотт и Р. Гловер (Великобритания).
Самый нестабильный. Время жизни лития-5 (5 Li) ограничено 4,4·10 –22 с. Изотоп впервые обнаружен Е. Титтертоном (Австралия) и Т. Бринкли (Великобритания) в 1950 г.
Жидкостный ряд
Учитывая разницу между точкой плавления и точкой кипения, элементом с самым коротким жидкостным рядом является инертный газ неон (Ne) – всего навсего 2,542 градуса (от –248,594°С до –246,052°С), тогда как самый продолжительный жидкостный ряд (3453 градуса) характерен для радиоактивного трансуранового элемента нептуния (Np) (от 637°С до 4090°С). Однако если принять во внимание истинный ряд жидкостей – от точки плавления до критической точки, –то самый короткий период имеет элемент гелий (Не) – всего 5,195 градуса (от абсолютного нуля до –268,928°С), а самый продолжительный – 10200 градусов – для вольфрама (от 3420°С до 13 620°С).
Самое ядовитое
Среди нерадиоактивных веществ самые строгие ограничения установлены для бериллия (Ве) – предельно допустимая концентрация (ПДК) этого элемента в воздухе всего 2 мкг/м 3 . Среди радиоактивных изотопов, существующих в природе или вырабатываемых ядерными установками, самые строгие ограничения по содержанию в воздухе установлены для тория-228 (228 Th), который был впервые обнаружен Отто Ганом (Германия) в 1905 г. (2,4·10 –16 г/м 3), а по содержанию в воде – для радия-228 (228 Ra), открытого О. Ганом в 1907 г. (1,1·10 –13 г/л). С точки зрения экологии они имеют значительные периоды полураспада (т.е. свыше 6 месяцев).
Книга рекордов Гиннеса, 1998 г.
