Реферати українською » Биология и химия » Цезий - Дві блакитні незнайомки


Реферат Цезий - Дві блакитні незнайомки

Страница 1 из 2 | Следующая страница

С.І. Венецкий

Історія - "перебірлива наречена": домогтися її прихильності - відвідати самі почесні сторінки - вдається не кожному. У хімічних елементів (як, мабуть, й у житті) такої честі удостоюються лише ті щасливці, які що у чимось перевершити чи випередити конкурентів. Ну, цьому є своя логіка. Хіба може розраховувати на особливу увагу історія, наприклад, технецій - перший штучно створений елемент, чи гелій - єдиний мешканець періодичної таблиці, спочатку виявлений на Сонце, тож якусь-там потім знайдений Землі?

До пестунів долі цілком обгрунтовано можна віднести цезій, який блакитними літерами вписав своє ім'я до історії спектрального аналізу. Втім, істина вимагає точності: вписав не цезій, а зробили німецькі вчені Роберт Бунзен і Густав Кірхгоф. Що ж до кольору літер, всі вони неспроста названі блакитними - у тому ви невдовзі переконаєтеся.

На початку 1950-х років уже минулого століття професор хімії Гейдельберзького університету Р. Бунзен звернув увагу до малозначна, начебто, науці явище: тоді як полум'я газової пальники вводили солі металів, воно забарвлювалося у різні кольору. Можливо, ця обставина була помічено ким-небудь і зараз, але Бунзен зацікавився їм всерйоз. Вчений підносив до горілці крупинки різних речовин і щоразу язичок полум'я, як хамелеон, змінював своє забарвлення, стаючи то жовтим, то фіолетовим, то рожевим. У цих експериментах чітко виявлялися дві закономірності: по-перше, кожен із "піддослідних" металів надавав полум'я певний колір, а по-друге, цей колір не залежав від цього, у вигляді метал "приговаривался до спалення". Так, все сполуки барію робили полум'я зеленкуватим, а кальцій, потрапляючи до вогню, змушував його червоніти як у помсту за борошна.

Напрошувалася думка: чи можна скористатися подмеченными закономірностями, аби лишень і швидко встановлювати, які елементи є у досліджуваному речовині? Таке відкриття означала б воістину революційний переворот в хімічному аналізі. На жаль, привабливу здавалося б ідею важко було втілити у життя. Річ у тім, що будь-який речовина містить, зазвичай, кілька компонентів, а про примесях, які звичайно бажають залишатися непоміченими. І тепер, коли всі ці "компанія" перебувають у вогні, спробуй розрізнити в "хорі" квітів окремі голоси: яскраво-жовтий "бас" натрію, наприклад, легко заб'є досить слабенький рожево-ліловий "тенорок" калію. Один колір змішується з іншим, відтінки і півтони губляться і натомість більш соковитих фарб - таких умов годі розраховувати на успішний аналіз.

То що: ідея, ледь встигнувши з'явитися світ, мала безславно канути в Лету? У казках при безвихідних ситуаціях з'являється добрий принц - події приймають потрібний обіг та неминуче настає щасливий кінець. Щось подібне є сталося й у стінах Гейдельберзького університету: у ролі принца виступив друг і колега Р. Бунзена професор із фізики Р. Кірхгоф, що був відомий своїми роботами, зокрема у області оптики. Саме тоді Кирхгофа найбільше цікавило вивчення спектрів розпечених твердих і рідких тіл.

От і зумів оживити ідею Бунзена, запропонувавши розглядати саме полум'я пальники, яке спектр, оскільки там все кольори і відтінки видно набагато чіткіше. Із двох підзорних труб, скляних призм і ящика з-під сигар Кірхгоф спорудив спектроскоп - прилад, який дозволяв хіба що розкладати полум'я на складові. Коли раніше інформацію про полум'я сприймалася неозброєним оком вченого, нині промінь світла від пальники проходив за кілька лінз і призму, перетворюючись на барвистішу смужку з численними вертикальними лініями.

Коли Бунзен помістив до вогню кристалик кухонної солі, Кірхгоф, який пас в прилад, побачив і натомість чорної смуги дві яскраво-жовті лінії. Були "віддані вогню" інші сполуки натрію - сода, селітра, сульфат натрію, але завжди у тому ж місці спектра виникала нерозлучна яскраво-жовта пара. Сумнівів був: така "візитівка" натрію. Інший метал "малював" лінії іншого кольору, іншому місці спектра.

Дні складалися в тижня, тижня - за лічені місяці. Поступово вогонь, призму і підзорні труби пройшли сотні різних речовин, і науковці вже були впевнені у цьому, кожному елементу притаманні свої спектральні лінії, якими його можна знайти, як злочинця за відбитками пальців. Від погляду вченого, збройного спектроскопом, було неможливо вислизнути самі крихітні домішки будь-якого елемента. Чарівне око приладу здатна була помітити в речовині той чи інший компонент, навіть якщо його кількість вимірювалося мільйонними частками міліграма.

Бунзен і Кірхгоф старанно вивчили спектри всіх відомих тоді науці хімічних елементів і кожному їх дали точну спектральную характеристику. Це ознаменувало народження нового методу аналізу - спектрального. З допомогою може бути як знайти елемент, а й визначити за інтенсивністю ліній його кількість. Проте можливості спектрального аналізу не вичерпувалися.

Якось, а точніше у 1860 року, до лабораторії Бунзена прийшла посилка з мінеральної водою зі славетних шварцвальдских джерел. Лікарі, які надіслали воду, просили з'ясувати її складу: їм хотілося дізнатися, чого вона зобов'язана своїми цілющими властивостями. Чому задовольнити їх цікавість? Бунзен випарив воду, отримав згущений розчин та вніс краплю їх у полум'я газової пальники. Дивлячись в окуляр спектроскопа, він накиданим оком зауважив лінії натрію, калію, кальцію, стронцію, літію...

Але що це понад дві блакитні незнайомки? Стронций? Ні, він сигналізує себе однієї лінією. Знову і знову учений розглядає спектр і порівнює його з такими відомими еталонами, але у тому числі нічого немає схожого. У цьому переконується і Кірхгоф. Отже, відкритий новий хімічний елемент, а називатися він цезієм: либонь у перекладі з латини це - "небесно-блакитної".

Отже, цезій був першим елементом, відкритим не хімічним шляхом, десятком його старших "братів" і "сестер", а методом спектрального аналізу. Мине час, райдужні картини спектроскопа познайомлять науку з рубідієм, талієм, индием, галієм, самарием, але пальма першості серед "народжених спектром" завжди належатиме цезію.

Через кілька років цезій зумів пролити світло досить темну історію. Йдеться зникнення, що довгі роки не давала спокою хімікам, хоча навряд чи зацікавила б Шерлока Холмса чи комісара Мэгре.

Ще 1846 року німецький учений До. Платтнер зайнявся дослідженням полуцита-минерала, знайденого на острові Ельба. Виконати повний хімічний аналіз мінералу було не хитрим, а от заковика: як не складав Платтнер отримані результати, сума складових опинялася рівної 93%. Куди ж могли подеваться інші 7%?

Майже два десятки років хто б міг відповісти на питання. І лише 1864 року італієць Пизани представив незаперечні докази, що винуватцем "недовеса" був цезій, помилково ухвалений Платтнером за калій - ці елементи перебувають у досить близькому хімічному родинному зв'язку, проте цезій дві з гаком важче.

Цезий - одне із рідкісних елементів, проте сліди можна знайти у багатьох гірських породах, у морській воді, яке "зв'язку" з мінеральної водою вам вже відомі (щоправда, щоб отримати кілька грамів цезиевых солей, Бунзену довелося випарити "лише" 40 тонн цілющого напою). Цікаво, що "крихти" цезію виявлено у цукровій буряках, зернах кави, чайних листі. Знаком з нею й у курець: свідчать дві блакитні лінії в спектрі тютюнового попелу.

Якби метали, подібно спортсменам, могли прогнозувати приз "За активність", то суддівська Колегію з найавторитетніших хіміків не вагаючись віддала його цезію. І це у тому, що це елемент займає саме "металеве" місце у періодичної системі (окрім франція, якого у тому у природі), а й у тому, що він цілком виправдовує свою "особливе становище".

Справді, чистий цезій надзвичайно активний метал. Опинившись надворі, він негайно воспламеняется і згоряє. Потрапляючи до компанії із сірою чи фосфором (а про "ідейних противників" всіх металлов-галогенах), відразу починає бурхливо "обурюватися", і це призводить до вибуху. Спілкування цезію із жовтою водою також загрожує конфліктної ситуацією, сопровождающейся вибухом і пожежею - горить вирізняється під час реакції водень.

Навіть скромний і смирний (в хімічному відношенні) лід, який дуже індиферентний до навколишньої дійсності, не витримує нападок цезію і розпочинає з ним саме в гучну "перепалку", причому розняти їх може лютий холод (до -116 °З) - відомий "приборкувач" хімічних реакцій.

Не дивно, що за такого буйному нраве цезію отримати оптимальну його в чистому вигляді дуже складно. Вперше це завдання зумів вирішити електролітичним шляхом шведський хімік До. Сеттерберг в 1882 року. Зараз цієї мети використовують зазвичай спосіб, запропонований ще 1911 року французьким хіміком А. Акспилем: цезій витісняється з його хлориду металевим кальцієм в вакуумі за нормальної температури близько 700 °З (очевидно, кальцій - ні з боязкого десятку).

І ось чистий цезій отримано. Але як його зберігати? Питання це, як ви розумієте, далеко ще не пустопорожнє, а нього - просто парадоксальний: чистий цезій потрібно... забруднення, т. е. сплавити коїться з іншими металами. Сплавы цезію менш "задиристі", як він, і тихо й, скільки потрібно. Виділити ж із них цезій допомагає отгонка в вакуумі.

"Свежеприготовленный" цезій - блискучий світлий метал з бледно-золотистым відтінком; він м'який, як віск, і легкий, як магній чи берилій. Усі знають, що легкоплавкий метал - ртуть; цьому плані вона не має суперників. Але із усіх інших металів найбільш "покладливий" цезій: він легко перетворюється на ліквідність, оскільки температура плавлення його лише 28,5 °З.

Щоб розтанув, досить теплоти людських долонь (сподіваємося, що пам'ятаючи про небезпечне характері цього металу, ви робитимете такий, бо воно може мати сумні наслідки).

Звісно ж, виготовляти з цезію деталі чи вироби, які мають піддаватися механічним навантажень, працювати у спекотних умов або перебувати у контакту з хімічними "агресорами", заняття, м'яко кажучи, невдячна. То може, цей недоторка "блакитної крові" взагалі потім непридатний і становить інтерес суто з наукової погляду? Железу, титану, алюмінію він справді не конкурент, проте в нього є такі властивості, якими, окрім неї, не має жоден інший метал. Аби з'ясувалося, що йдеться, знову зробимо невеличкий екскурс минулого століття.

У 1887 року відомий німецький фізик Генріх Герц відкрив явище зовнішнього фотоефекту, т. е. "випаровування" електронів із поверхні металів під впливом світла. Невдовзі професор Московського університету А. Р. Столєтов, заинтересовавшийся цим явищем, провів ряд дослідів і основі сформулював теоретичні закони фотоефекту. У чому його суть? Виявляється, невагомий промінь несе з собою енергію, цілком достатню у тому, щоб вибити з атомів деяких металів найвіддаленіший від ядра електрон. Якщо розрив електричної ланцюга направити низку вырвавшихся за грати "в'язнів", їх потік здатний замкнути ланцюг у ній з'явиться струм.

Кажуть, скільки людей - стільки думок. Таке в кожного металу є свій "думка" щодо фотоефекту. Одні не вважають за потрібне на повідку в світла: їх хоч прожектором "обстреливай", але електронів їх не виб'єш.

Інші, навпаки, без жалю знімають із себе ними, щойно ними перебуває помітний промінь. Найбільш щедрий на електрони метал - цезій, і це щедрість не випадковою. В усіх лужних металів, а цезій - їх типовий представник, зовнішньому орбіті "розгулює" лише електрон. Але сам на полі не воїн, і світло розправляється з нею без особливих зусиль. У цезію при цьому цей самотній блукач перебуває далі від ядра, ніж його родичів по "лужної лінії". Тому робота виходу електрона (так називається той "працю", який має затратити світловий промінь, щоб відібрати в атома електрон) у цезію мінімальна, але це отже, що він - найкращий матеріал для фотоелементів - приладів, перетворюють промені світла електричний струм. Службу в фотоелементах цезій несе над одиночній тюремній камері, а, наприклад, в сплаві з сурмою, причому товщина світлочутливого шару настільки мале, що жодним грамом сплаву можна покрити поверхню приблизно 10 кв. метрів.

Усі, хто користується послугами метрополітену, щодня проходять фотоелементів. Вони вмонтовані в контрольні турнікети, влаштовані досить легко: з одного боку - фотоелемент, з іншого - джерело світла, спрямовує промінь на свого "візаві". Варто вам, не опустивши попередньо п'ятаки, перетнути промінь, фотоелемент включить механізм важелів і вони під грізною брязкотом перепинять вам шлях. Якщо ж ви дасте турникету пятикопеечную "хабар", вона зробить вид, що вас це не зауважив: механізм автоматично відключається, і спрацьовують.

Фотоэлемент - прилад нескладний, але нам дуже здатний: може бути навчити будь-який роботі. Щойно у місті посутеніє, фотоелемент включає ліхтарі. Якщо рука робочого опиниться у небезпечної зоні, цей контролер відразу зупинить верстат.

Фотоэлемент вміє сортувати сигарети, підраховувати число деталей, котрі прямують повз нього з боку конвеєрі, перевіряти, досить добре відшліфовано поверхню кульок для підшипників, читати запис на звуковий доріжці кінострічки. Надійніше будь-якого сторожа ці чуйні прилади охороняють вночі магазини, банки, склади.

Без фотоелементів немислима була б ідея передачі на сотні й тисячі кілометрів. Якщо ви і вчора з інтересом дивилися на екрані телевізора хокейний матч, концерт чи ще одну "порцію" захоплюючого багатосерійного фільму, то ми не гріх подякувати при цьому цезій: ж без нього ваш телевізор мав би максимум шансів передати зображення, ніж ящик з-під макаронів.

З допомогою фотоелементів вдалося "зняти копію" зворотного боку Місяця. Та хіба можна було б передати дротами креслення, схеми, портрети, листи, якби фототелеграфная зв'язок не користувалася послугами не байдужих до світла електронів? Звісно,

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація