Мышьяк — сосед селена в периодической системе. Это элемент с достаточно давней биографией. Его соединениями пользовались для получения лекарств и красок еще древние греки; издавна на Руси они применялись для истребления крыс и мышей. И само русское название его происходит от слов «мышь» и «яд».
Мышьяк также может существовать в нескольких аллотропических формах. Наиболее часто встречается серый мышьяк — хрупкий, серо-стального цвета элемент. При атмосферном давлении мышьяк, нагретый до температуры около 600 градусов, испаряется не растворяясь. Только при повышенном давлении можно получить жидкий мышьяк.
Металлический мышьяк применяется в качестве добавок к сплавам свинца, идущим на изготовление дроби. Он входит и в состав некоторых баббитов. Примесь мышьяка к сталям и меди, идущей на электротехнические нужды, считается крайне вредной.
Широкое применение находят соединения мышьяка. Этим и определяется его довольно широкая добыча в целом ряде стран.
Д. И. Менделеев предсказал свойства германия за пятнадцать лет до его открытия в 1886 году немецким химиком А. Винклером. Впрочем, само название этого элемента говорит о национальной принадлежности его первооткрывателя.
Совсем недавно этот удивительный металл светло-серого цвета был почти бесполезным для человека. В настоящее время с ним связаны большие надежды человечества. Это один из важнейших элементов-полупроводников (об их применении мы уже говорили), и поэтому стремительно растет производство германия, причем особенное старание прилагают ученые и инженеры, чтобы получить сверхчистый германий.
Германий — очень рассеянный элемент. Он содержится почти во всех породах, включая граниты и габбро, но везде в ничтожных количествах. Несколько повышенное содержание его отмечается в пыли газогенераторных установок. Вот из них-то и добывают германий. Второй его источник— отходы цинкового производства.
Вследствие высокой хрупкости германий нельзя обрабатывать давлением. Поэтому тонкие пластинки этого металла получают, распиливая слиток алмазной пилой. Фасонные детали получают, плавя германий в графитовых тиглях требующейся формы. Температура плавления германия— 959 градусов, кипения — 2700 градусов.
Особенно широкое применение находит сверхчистый германий, но применяется он и в сплавах. Сплав германия с алюминием рекомендован для изготовления катодов радиоламп. Сплав с золотом используется для получения твердых покрытий на золоте. Покрытие получают простым погружением изделия в сплав, находящийся в жидком виде уже при
500 градусах. Примесь германия в магниевых сплавах делает их более прочными, стойкими против усталости и коррозии.
Таковы элементы, лежащие на границе между металлами и неметаллами.
Остатки рассеянных
В 1871 году великий русский ученый Д. И. Менделеев предсказал, что еще не открытый в то время металл «экаалюминий» должен был быть:
а) легкоплавким;
б) не окисляющимся на воздухе;
в) с удельным весом 5,9 г на куб. см;
г) разлагающим пары воды при красном калении.
Оказалось, что мягкий серебристо-белый металл галлий, открытый четыре года спустя, в 1875 году, французом Лекок де Буабодраном и названный им в честь своей родины галлием:
а) плавится при 30 градусах;
б) окисляется только при красном калении;
в) имеет удельный вес 5,9 г на куб. см;
г) при высокой температуре разлагает пары воды.
Жидкий галлий очень похож на ртуть. Он плавится прямо на ладони. Но он может оставаться жидким, как и всякая переохлажденная жидкость, при значительно более низкой температуре — до минус 40 градусов.
Галлий остается жидким в очень большом диапазоне температур — от 30 до 2200 градусов, поэтому его используют в термометрах, рассчитанных на измерение высоких температур. Вместо стекла для изготовления баллончика и капиллярной трубки в таких термометрах используют кварц, и прибор работает безотказно до температуры в 1300 градусов.
Используется галлий и в сплавах с висмутом, свинцом, кадмием, индием, оловом, таллием и т. д. Эти сплавы имеют низкие температуры плавления— в 16, 20, 45 градусов в зависимости от назначения.
Галлий — очень рассеянный элемент. Основной источник производства этого металла — отходы алюминиевого и цинкового производств.
Индий уже был известен химикам, когда мир поразило гениальное открытие Менделеева. Этот металл был открыт в 1863 году немецкими химиками Рейхом и Рихтером с помощью спектрального анализа. Название ему было дано по ярко-синей — цвета индиго — спектральной линии.
Он не будет наказан за свое любопытство.
Первооткрыватели индия определили его атомный вес — 75,6, однако с этим не согласился русский ученый. Он переправил эту цифру на 113. Дальнейшие исследования подтвердили правоту Менделеева. Это было одним из первых творческих применений открытой Менделеевым периодической системы элементов.
Индий — мягкий металл, похожий по многим своим свойствам на галлий, только температура плавления у него повыше— 155 градусов, а температура кипения пониже— 1450 градусов. На воздухе он устойчив, в воде медленно корродирует.
В последние десятилетия он начинает применяться все чаще. Производство его уже в 1942 году достигло 20 тонн (без СССР). Он используется для антикоррозионных покрытий высококачественных подшипников.
Можно изготовлять из индия и зеркала. Хотя этот металл и обладает меньшей, чем серебро, отражательной способностью, он, однако, не в пример серебру не тускнеет.
Мы уже говорили о легкоплавких сплавах, в состав которых входит и индий. Известен и его сплав с оловом (половина по весу — индий, половина— олово), применяемый в вакуумной промышленности, в лабораториях научно-исследовательских институтов. Этот сплав обладает редкой способностью смачивать стекло и поэтому применяется для спаивания стекол между собой или с металлами.
Добывают индий из отходов производства цинка и свинца.
Таллий, открытый в 1861 году англичанином У. Круксом, также получил имя по характерной для него зеленой линии спектра. Этот голубовато-серый металл, быстро тускнеющий на воздухе, более мягкий, чем свинец, также принадлежит к числу рассеянных элементов. Он ковок, имеет значительный удельный вес—11,85 г на куб. см, плавится при 303 градусах, кипит при 1457 градусах. Уже на воздухе он тускнеет, покрываясь черной окисной пленкой, а при нагревании сгорает, образуя бурые пары.
Соединения таллия — сильные яды. Применение их против грызунов, начавшееся в 20-х годах нашего века, было и первым практическим применением таллия. Для этой цели, впрочем, они используются и сегодня.
Некоторые другие соединения таллия нашли себе место в фотоэлементах, при производстве искусственного стекла, в подшипниковых сплавах.
Главный источник добычи таллия — также отходы и полупродукты переработки сульфидных руд.
Кадмий — сосед индия в периодической системе, серебристо-белый металл, ковкий и тягучий, — был открыт в 1817 году немецким химиком Ф. Штромейером. Именем его называли в древности руды цинка.
Кадмий плавится при 321 градусе, кипит при 767 градусах. На воздухе при обычных условиях не окисляется.
Кадмий входит в типографские сплавы, применяется для покрытия железных и стальных изделий. Добавка этого металла к меди увеличивает ее прочность. Трамвайные провода, содержащие кадмий, меньше изнашиваются от трения дуги.
Используется этот металл и в щелочных аккумуляторах.
Добывают кадмий также из отходов цинковых руд. Содержание его там в среднем составляет 1 кг на 100 кг цинка. Значит, добыв 1 млн. кг цинка, можно получить 10 тысяч кг кадмия.
В 1959 году добыча кадмия в капиталистическом мире перевалила за 7 тысяч тонн.
Вот и все редкие и рассеянные металлы, о которых не рассказано в других главах.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Во втором издании Большой советской энциклопедии, в 27-м томе, на стр. 261 помещена интересная таблица. В ней металлы расположены не по их атомным или удельным весам, химической активности или распространенности в природе. Нет, таблица показывает, когда какой металл (в чистом ли виде, в сплаве ли или соединении — безразлично) нашел себе практическое применение, пришел на службу человеку.
Вот первая графа этой таблицы. Она посвящена глубокой древности, тому времени, от которого лишь крохотные обрывки воспоминаний сохранились в памяти человечества. Весь период от тех затерявшихся в бездне времени дней, когда человек впервые поднял самородный кусок золота, до 3500 года до нашей эры, когда уже существовали могучие государства Двуречья и Египта, — период, затянувшийся на десятки тысячелетий, охватывает эта графа. За все эти тысячелетия человечество узнало всего шесть металлов: железо, золото, медь, олово, свинец и серебро.
Следующая графа занимает значительно меньший период времени — всего три с половиной тысячи лет: от той крайней даты, на которой отсекла время первая графа, до начала нашей эры. Что ж, человечество ускорило свое движение по пути прогресса. К шести «первобытным» металлам оно прибавило десять новых: висмут, калий, кальций, кобальт, магний, мышьяк, натрий, ртуть, сурьму и цинк.
Третья глава по охвату времени еще короче. Она оценивает период с начала нашей эры до XIX века. Сюда попадает страшный провал средних веков, когда мракобесие христианской церкви остановило всякое биение живой человеческой мысли, всякое движение вперед. И все же эти годы прибавили к используемым человеком металлам еще одиннадцать. Вот они: барий, иридий, литий, марганец, никель, платина, стронций, торий, хром, цезий и церий.
Прошло меньше века. Следующая графа констатирует положение на начало XX века. Но каким стремительным стал темп развития человеческой культуры! Как много новых помощников понадобилось людям! Ведь за этот период человек призвал к себе на службу еще 15 новых металлов. Поистине эти немногие десятилетия несравненно вместительнее доисторических тысячелетий. Как длинен список этих ставших слугами человека металлов: алюминий, ванадий, вольфрам, кобальт, магний, молибден, осмий, палладий, радий, родий, рутений, таллий, титан, уран и цирконий.