Реферати українською » Биология и химия » Індій - Тезка країни чудес


Реферат Індій - Тезка країни чудес

С.І. Венецкий

З давніх-давен у Європі високо цінувалася привозимая із країни чудес Індії яскраво-синя фарба "індиго". По чистоті кольору воно могло змагатися з синіми променями сонячного спектра. Власники текстильних підприємств не скупилися на витрати, щоб придбати цю королеву фарб, яку використовували для фарбування сукна та інших тканин.

Коли наприкінці XVIII століття Франція виявилася відрізаною англійським військовим флотом від Індії, та інших південних країн, багато заморські товари, зокрема і знаменита фарба "індиго", почали дуже дефіцитними.

Наполеон, бажаючи зберегти для своєї армії традиційні темно-сині мундири, пообіцяв колосальну премію - мільйон франків! - тому, хто знайде способу отримання чудесної фарби з європейського сировини.

Не випадково почали оповідання про одному з рідкісних металлов-индии-с згадування про фарбі "індиго": саме їй елемент № 49 зобов'язаний своїм назвою.

У 1863 року у хімічної лабораторії маленького німецького містечка Вайра професор Фердинанд Рейх та її асистент Теодор Ріхтер займалися спектроскопическим дослідженням цинкових мінералів Саксонских гір, сподіваючись знайти у них відкритий два роки доти елемент талій. Вчені піддавали аналізу зразок за зразком, проте, як не вдивлялися вони у виникаючі їх спектри, соковитих зелених ліній, властивих талію, бо й і близько. Але, певне, на той погідний день фортуні аж надто хотілося повертатися спиною до фрейбергским хімікам. Чому би винагородити за долготерпенье і копіткий працю? І ось черговому спектрі перед поглядом учених постала надзвичайно яскрава синя лінія, не який належав жодному з відомих елементів. Рейху і Ріхтеру зрозуміли, що їм пощастило відкрити новий елемент. А подібність його спектральною лінії з королевою фарб "новонародженого" було вирішено назвати индием.

Тепер перед вченими стала проблема: виділити метал у чистому вигляді. Чимало витратили вони часу й праці, як зуміли отримати два зразка металевого індію, кожен завбільшки з олівець. До речі, схожість із олівцем було була лише зовнішньою: індій виявився дивовижно м'яким металом - майже на п'ять раз м'якше свинцю й у 20 раз м'якше чистого золота. З десятьох мінералів, складових шкалу твердості по Моосу, дев'ять твердіше індію; йому поступається лише податливий їх - тальк. На папері індій залишає помітний слід. Проте писати индиевыми "олівцями" було б настільки ж безрозсудним марнотратством, як топити грубку асигнаціями: французька Академія наук оцінила зразки нового металу у 80 тисяч доларів - по 700 доларів за грам!

З'являючись світ, індій, зрозуміло, гадки не мав, що доставить чимало клопоту великому російському хіміку Д. І. Менделєєву. Втім, винен у цьому було й не так індій, як його першовідкривачі: вони прийняли новий метал за близького родича цинку і тому помилково вирішили, що він, як і цинк, двухвалентен.

З іншого боку, вчені неправильно визначили його атомний вагу, вважаючи рівним 75,6. Але цього разі для індію не перебувало місця у періодичної таблиці, і Менделєєв дійшов висновку, що індій трехвалентен, як вона значно ближчі один до алюмінію, ніж до цинку, а атомний вагу його становить приблизно 114. То справді був далеко ще не єдиний випадок, коли велика хімік з урахуванням виявленого їм закону вносив суттєві корективи в характеристики вже елементів. І цього разу життя підтвердило його правоту: атомний вагу індію, певний з допомогою самих точних методів, дорівнював 114,82. Элементу знайшлося місце № 49 у третій ряду періодичної системи.

Природний індій і двох ізотопів із масовими числами 113 і 115, причому частка перевищує важкого їх значно солиднее-95,7%. До середини ХХ століття обидві ці ізотопу мали репутацію стабільних. Однак у 1951 року вчені встановили, що индий-115 все-таки піддається бета-распаду та поступово перетворюється на олово-115. Щоправда, цей процес протікає вкрай повільно: період піврозпаду ядер индия-115 дуже високий- 6 * 1014 років. Зрозуміло, що з таких "темпах" індію довго вдавалося приховувати свою радіоактивність. Останніми десятиліттями фізики одержали близько 20 радіоактивних ізотопів індію; період піврозпаду найбільш долгоживущего їх (индия-114)-49 днів.

Подібно багатьох інших металам, індій довгий час не знаходив практичного застосування. І що це цілком поважні причини: адже індій як досить рідкісний елемент (за змістом в земної корі серед "мешканців" періодичної системи займає скромне місце у сьомому десятку), а й гранично розсіяний: у природі у тому мінералів, у яких головним компонентом (чи навіть однією з основних) було б індій. У разі може бути натрапити у вигляді незначних домішок до рудам інших металів, де вміст їх перевищує 0,05%. Можна собі уявити, труднощі треба подолати, щоб мати з цих руд спрятавшиеся у яких крихти індію.

Проте властивості цього металу було неможливо залишати байдужими представників технічного світу. У 1924 року индием всерйоз зацікавився американський інженер Маррей. У пошуках индиевых родовищ він вздовж і впоперек об'їздив Сполучені Штати Америки, поки, нарешті, в піщаних пагорбах Арізони не виявив хоч і вельми великі, проте вищі, ніж у сусідніх місцях, концентрації цього розсіяного елемента. Невдовзі тут виник завод із виробництва індію.

Однією із перших областей застосування індію стало виготовлення високоякісних дзеркал, необхідні астрономічних приладів, прожекторів, рефлекторів та інших пристроїв. Виявляється, звичайне дзеркало не однаково відбиває світлові промені різних кольорів. Це означає, наприклад, що кольорова одяг, якщо до дзеркала, має низку іншу забарвлення, ніж насправді. Щоправда, очей модниці, сидить перед трельяжем, неспроможна зафіксувати такі зміни у її туалеті, але багатьом приладів колірна фальсифікація просто неприпустима. І срібні, і олов'яні, і ртутно-висмутовые зерцала грішать цим недоліком. Індій ж тільки має надзвичайно високої отражательной здатністю, а й виявляє у своїй цілковиту об'єктивність, цілком однаково ставлячись всім квітам веселки - від червоного до фіолетового. Саме тому, щоб світло, випромінюваний далекими зірками, сягав астрономів неискаженным, в телескопах встановлюють индиевые дзеркала.

На відміну від срібла, індій не тьмяніє надворі, зберігаючи високий коефіцієнт відображення. Між іншим, індій зіграв важливу роль при... захисту Лондона від масованих нальотів німецької авіації під час другої Першої світової. На погляд, таке твердження може видатися дивним, але саме индиевые дзеркала дозволяли прожекторам протиповітряної оборони пошуках повітряних піратів легко пробивати потужними променями щільний туман, нерідко окутывавший британські острова.

Оскільки індій має низьку температуру плавлення - всього 156 °З, під час роботи прожектора дзеркало постійно потребувало охолодженні, проте англійське військове відомство охоче йшло на додаткові видатки, із задоволенням підраховуючи число збитих ворожих літаків.

Але часто-густо у техніці низька температура плавлення може бути не недоліком, а гідністю. Так, сплав індію з вісмутом, свинцем, оловом і кадмієм плавиться вже за часів 46,8 °З повагою та таким чином успішно справляється з роллю автоматичного контролера, який уберігає відповідальні вузли і деталі різних механізмів від перегріву. Відомий сплав індію з галієм і оловом, що навіть при кімнатної температурі перебуває у рідкому стані: він плавиться при 10,6 °З. Плавкие запобіжники з индиевых сплавів широко використав системах пожежної сигналізації.

Цікаві експерименти, пов'язані з температурою плавлення індію, було проведено Канаді. Досліджуючи з допомогою електронного мікроскопа частинки цього металу, канадські фізики виявили, що, коли розмір частинок індію дедалі менше деякою величини, температура плавлення його різко знижується. Так, частки індію розміром трохи більше 30 ангстрем плавляться за нормальної температури трохи вище 40 °З. Такий колосальний стрибок - від 156 до 40 °З - може учених безсумнівний інтерес. Але природа цього ефекту навіть видавшей види сучасної фізики поки що залишається загадкою: теорія ж процесів плавлення розроблялася стосовно значним масам речовини, а дослідах канадських фізиків розплавлення піддавалися "гомеопатичні" дози индия-всего кілька тисяч атомів.

Ценное властивість індію - його висока стійкість до дії ядучих лугів і військовий морський води. Цю здатність набувають свіжості й мідних сплавів, у яких введено навіть небагато індію. Обшивка частині корабля, виконана з такої сплаву, легко переносить тривале перебування на солонім підводному царстві.

Подшипникам, що застосовуються у сучасній техніці, наприклад, у авіаційних моторах, доводиться працювати досить умовах: швидкість обертання валу сягає тисяч обертів на хвилину, метал у своїй нагрівається, і його опір разъедающему дії мастил знижується. Щоб метал підшипників не піддавався ерозії, вчені запропонували наносити ними тонкий шар індію. Його атоми як щільно покривають робочу поверхню металу, а й проникають всередину, створюючи з нею міцний сплав. Такий метал мастилі не чи: термін їхньої служби підшипників зростає у п'ять разів.

До речі, про зубах. З индиевых сплавів (наприклад, з сріблом, оловом, міддю і цинком), яким властиві висока міцність, коррозионная стійкість, довговічність, виготовляють зубні пломби. У цих сплавах індій грає відповідальну роль: він зводить до мінімуму усадку металу при затвердевании пломби.

Авіатори добре з цинкоиндиевым сплавом, службовцям антикорозійним покриттям для сталевих пропелерів. Своєрідним найтоншим "ковдрою" з олова і оксиду індію "загортають" вітрові скла літаків. Таке скло не замерзає - на не з'являються крижані візерунки, які навряд чи радували б погляд пілотів. Сплавы індію широко використовують із склеювання шибок чи скла з металом (наприклад, у вакуумній техніці).

Деякі сплави індію дуже гарні - не дивно, що вони впали в око ювелірам. Як декоративний метал використовують, зокрема, сплав 75 % золота, 20% срібла і п'яти% індію - зване зелене золото. Відома американська фірма "Студебеккер" замість хромування зовнішніх деталей автомобілів не безуспішні застосувала индирование. Индиевое покриття значно все-таки тривкіше від хромового.

У атомних реакторах индиевая фольга служить контролером, измеряющим інтенсивність потоку теплових нейтронів та його енергію: зіштовхуючись із ядрами стабільних ізотопів індію, нейтрони перетворюють в радіоактивні; у своїй виникає випромінювання електронів, за інтенсивністю і якого судять про нейтронном потоці.

Але, безперечно найважливіша сферу застосування індію у сучасній технике-промышленность напівпровідників. Індій високої чистоти необхідний виготовлення германієвих выпрямителей і підсилювачів: він виступає причому у ролі домішки, які забезпечують дырочную провідність в германії. До речі, сам індій, використовуваний цієї мети, мало містить домішок: висловлюючись мовою хіміків, його чистота- "шість дев'яток", т. е. 99,9999%! Деякі сполуки індію (сульфід, селенід, антимонид, фосфід) самі є напівпровідниками; їх застосовують виготовлення термоэлементов та інших приладів. Антимонид індію, наприклад, є підставою інфрачервоних детекторів, здатних "бачити" у темряві ледь нагріті предмети.

Індій виявився у числі небагатьох поки хімічних елементів, "відряджених" до космосу, щоб вписати нові сторінки в технологію неорганічних матеріалів. У 1975 року, незадовго на початок спільного радянсько-американського космічного польоту за програмою "Союз" - "Аполлон", командири екіпажів А. Леонов і Т. Стаффорд у розмові з кореспондентом ТАРС висловили свою думку про значення майбутніх експериментів на орбіті. Зокрема, вони торкнулися питання технологічних дослідах по плавленні металів і вирощуванню кристалів різних речовин.

"Попереду з'ясувати зокрема можливість використання невагомості і вакууму щоб одержати нових матеріалів - металевих і напівпровідникових, - сказав А. Леонов. - На думку радянських американських учених, у космосі можна сплавляти компоненти, не смешиваемые Землі, створювати жароміцні матеріали..."

"Наші астронавти. - додав Т. Стаффорд, - на борту орбітальної станції "Скайлэб" проводили досліди із вирощування кристалів антимонида індію. Вдалося отримати кристал найчистіший і міцний із усіх, коли-небудь штучно отриманих Землі".

На 1978-1980 роках борту радянської орбітальної наукової станції "Салют-6" було проведено нові технологічні експерименти, у яких "брали участь" індій та його сполуки.

Досліди з сполуками індію ведуть і Землі. Так, недавно антимонид індію було піддано тиску за 30 я тисяч атмосфер. Виявилося, у результаті таких "міцних обіймів" змінилася кристалічна решітка речовини і навіть його електропровідність зросла мільйон раз!

Світове виробництво індію поки що дуже мало - аж кілька десятків т дизпалива на рік. Зазвичай цей найцінніший метал одержують, як... побічний продукт при переробці руд цинку, свинцю, міді, олова. Оригінальний спосіб отримання індію розробили вчені НДР. Вони запропонували здобувати її з пилу, хмари якої "прикрашали" небо над однією з підприємств із переробки медистых сланців. Пил, у якій серед інших компонентів міститься індій, спочатку промивається гарячої сірчаної кислотою, потім проходить довгий шлях складних перетворень, у яких виходить чистий індій.

Зацікавлення індію неухильно зростає. Вчені прагнуть якнайбільше дізнатися звідси металі. Кілька років тому фізики США зуміли заповнити іще одна прогалину в характеристиці індію, визначивши конфігурацію його ядра: виявилося, що його нагадує... футбол з смужкою по "екватору".

...У природі індій зустрічається рідко, проте його можна з упевненістю стверджувати, що у промисловому світі разом з кожним роком ставатиме дедалі більш бажаним гостем.

Схожі реферати:

Навігація