Реферати українською » Биология и химия » Кадмій - На ім'я финикийца Кадма


Реферат Кадмій - На ім'я финикийца Кадма

Страница 1 из 2 | Следующая страница

С.І. Венецкий

Почалося все з ревізії. Але любителів детективного жанру чекає гірке розчарування: в описуваній історії ревізія привела немає розкриття злочинної зграї шахраїв, а до... відкриттю нового хімічного елемента.

Відбувалося це у Німеччині початку уже минулого століття. Окружний лікар Ролов, ревізуючи зі службового обов'язку аптеки свого округу, виявив у багатьох з яких препарати з оксидом цинку, який видався йому підозрілим: його зовнішній вигляд дозволяв припустити, що вони містять миш'як. Позаяк репутація цього елемента і він далеко ще не бездоганна (досі, наприклад, чимало істориків вважають миш'як "винуватцем" смерті Наполеона), Ролов заборонив продаж цих препаратів і піддав вилучений оксид цинку перевірці. А перші досліди начебто свідчили, що пильний лікар недарма підняв тривогу: при взаємодії розчину цієї оксиду цинку і сірководню випадав жовтий осад, дуже що нагадувало сульфід миш'яку. Але власник фабрики, що виготовляло злощасні препарати, хтось Герман, не побажав здаватися без бою. Оскільки за професії хіміком, старанно перевірив своєї продукції на присутність миш'як усіма відомими тоді методами. Результати аналізів явно спростували думка Ролова, і Герман звернувся безпосередньо до місцевої влади з проханням "реабілітувати" де його у яких не винні препарати.

Перш ніж остаточно вирішити суперечка, влади землі Ганновер вважали за потрібне з'ясувати думку професора Штромейера, очолював кафедру хімії Геттінгенського університету, а, по сумісництву обіймав посаду генерального інспектора всіх ганноверських аптек.

З Шенебека, де розміщувалася фабрика Германа, в Геттинген надіслали зразки цинкових сполук, ще й генеральний інспектор розпочав виконання ролі арбітра у спорі між окружним лікарем і фабрикантом. Щоб самому отримати оксид цинку, в Шенебеке прокаливали вуглекислий цинк. Штромейер виконав таку ж операцію і до свого подиву виявив, що утворене з'єднання має ж жовтий колір, а оксид цинку "за правилами" може бути білим.

Яка ж причина цієї незапланованій жовтизни? Герман пояснював її присутністю домішки заліза. Ролов ж стверджував, що в усьому винен миш'як. Провівши повний аналіз карбонату цинку, Штромейер виявив новий метал, дуже подібний з цинком, але легко відокремлюваний від цього з допомогою сірководню. Вчений назвав метал кадмієм, підкресливши цим його "родинні зв'язки" з цинком: грецьке слово "кадмея" віддавна означало "цинкова руда". Саме ж слово, за переказами, походить від імені финикийца Кадма, який нібито першим знайшов цинковий камінь, і помітив його спроможність надавати міді при виплавці їх із руди золотавий колір. Це ж ім'я носив герой давньогрецької міфології: за однією з легенд, Кадм переміг у важкому поєдинку Дракона і вкриваю його землях побудував фортеця Кадмею, навколо якої вже потім виріс семивратный місто Фивы.

У 1818 року Фрідріх Штромейер опублікував докладний опис нового металу, а потім уже невдовзі відбулося кілька "замахів" з його пріоритет у відкритті кадмію. Перше їх зробив знайомий нам Ролов, але його претензії було відкинуто як неспроможні. Трохи згодом Штромейера, але незалежно від цього хоча б елемент відкрив цинкових рудах Сілезії німецький хімік Керстен, який запропонував назвати елемент мелинумом (що означає "жовтий, як айва") - за кольором його сульфіду. На слід кадмію напали ще двоє учених - Гільберт і Джон. Одне з них запропонував іменувати елемент юнонием (під назвою відкритого в 1804 року астероїда Юнони), а інший - клапротием (на вшанування помер 1817 року видатного німецького хіміка Мартіна Генріха Клапрота - першовідкривача урану, цирконію, титану). Але як не великі заслуги Клапрота перед наукою, його від імені не судилося закріпитися у списку хімічних елементів: кадмій залишився кадмієм. У чистому вигляді - це досить-таки важка (важче заліза) м'який метал. Якщо пруток кадмію прикласти до юшку і зігнути, можна почути характерний тріск, викликаний деформацією кристалів металу. Той самий звуковий ефект простежується і в олова ("олов'яний крик").

Порівняно невисока температура плавлення (321 °З) обумовила широке застосування кадмію як компонента легкоплавких сплавів. До до їх числа належить, наприклад, сплав Вуда (12,5% кадмію), який розробили ще 1860 року невідь що відомим англійським інженером Вудом; часто це винахід помилково приписують його однофамільцеві - знаменитому американському фізику, але в того більш як надійне "алібі": в останній момент створення сплаву його не було на планеті - воно народилося тільки восьма років. Легкоплавкие сплави використовують як припои, як щоб одержати і складних виливків, в автоматичних протипожежних системах, для спайки скла з металом.

Кадмиевые сплави мають хорошими антифрикционными властивостями. Так, сплав, що з 99% кадмію і одну% нікелю, застосовують виготовлення підшипників, що працюють у автомобільних, авіаційних і суднових двигунах. Щоб усунути шкідливий вплив органічних кислот, які у мастильних матеріалах, підшипникові сплави з урахуванням кадмію іноді покривають найтоншим шаром індію.

Натомість кадмиевое покриття надійно охороняє залізничні й сталеві вироби від атмосферної корозії. Раніше для кадмирования метал заганяли в розплавлений кадмій: тепер цей процес здійснюють лише електролітичним шляхом. Кадмированию піддають найбільш відповідальні деталі літаків, кораблів, і навіть різні вироби. призначені для "несення служби" за умов тропічного клімату. Цікаво, що кадмиевые покриття особливо сумлінно виконують свої "обов'язки" на лоні природи: у сільській місцевості їх коррозионная стійкість помітно вище, ніж у промислових районах.

Дуже позитивну репутацію у низці областей техніки завоювала кадмированная жерсть, однак через токсичності кадмію в харчову промисловість їй вхід суворо заборонений. У деяких країнах це заборона зведене навіть у закону.

До недавнього часу у кадмиевых покриттів був недуга, раз у раз давав себе знати. Річ у тім, що з электролитическом заподіянні кадмію на сталеву деталь на метал може проникнути який міститься у электролите водень. Цей досить небажаний гість викликає в високоміцних сталей небезпечне "захворювання" - водневу крихкість, що зумовлює несподіваного руйнації металу під навантаженням. Виходило, що, з одного боку, кадмирование надійно охороняло деталь від корозії, з другого - створювало загрозу передчасного виходу деталі з експлуатації. Саме тому конструктори часто були змушені від "послуг" кадмію.

Ученим Інституту фізичної хімії Академії наук СРСР удалося усунути цю "хвороба" кадмиевых покриттів. У ролі ліки виступив титан. Виявилося, що, тоді як шарі кадмію на тисячу його атомів припадає лише один атом титану, сталева деталь застрахована від виникнення водневої тендітності, оскільки титан примудряється у процесі нанесення покриття витягти з стали весь водень.

З кадмированием пов'язана важлива віха в біографії про ниткоподібних кристалів. Ще під час Другої світової війни було зафіксоване багато випадків, коли з незрозумілих причин з ладу різні електронні устрою. Як встановити, винуватцями несправності виявлялися дрібні (діаметром 1-2 мікрона) кристалики олова чи кадмію, які іноді лежить на поверхні сталевих деталей, покритих шаром однієї з цих металів.

Щоб успішно боротися з ниткоподібними кристалами, чи "вусами" (так почали називати шкідливу металеву "рослинність"), потрібно був їхній як варто вивчити. Усы стали об'єктом численних досліджень, і з'ясувалося (воістину лиха без добра), що вони мають колосальної міцністю - близька до теоретично можливої. Таке унікальне властивість відразу перемінило ставлення до вусах. Невдовзі розробили ефективні методи вирощування найтонших кристалів від використання у багатьох областях техніки. З того часу в лабораторіях ряду розвинених країн вирощені кристаллы-нити сотень елементів і сполук, але найпочесніше місце у тому числі назавжди залишено за олов'яними і кадмиевыми вусами, які першими всерйоз зацікавили собою науковий світ.

Миллионами кілометрів мідної дроту обплутані наші міста: завдяки цієї "павутинні" бадьоро курсують по міським вулицями тролейбуси і трамваї. Та заодно їх токоснимающие устрою немилосердно стирають мідь дротів. Ніхто на допомогу приходить кадмій: невеликі добавки цього елемента (близько 1%) значно підвищують міцність і твердість міді, мало погіршуючи її електричних властивостей. Навіть під час найбільш пожвавлених транспортних магістралях такі дроти служать беззмінно довгі роки. Сучасна техніка немислима без електричних акумуляторів. Космічні кораблі і підводних човнів, автомобілі та радіоприймачі, телефонні і телеграфні устрою, шахтні світильники і слухові апарати, фотоспалаху і прилади аварійного висвітлення - втім перелічити всі області застосування електричних акумуляторів як і "просто", як перелічити зірки на небі. Ці нескладні прилади, які з двох електродів, занурених в розчин електроліту, накопичують електричну енергію, перетворюючи їх у хімічну, і в міру потреби знову перетворять їх у електричний струм. Широке торгівлі поширення набули кадмиево-никелевые акумулятори. Роль негативного "героя" (точніше, електрода) у яких виконують залізні сітки з губчастим кадмієм, а позитивні пластини вкриті оксидом нікелю; електролітом служить розчин їдкого розжарюй. Такі джерела струму відрізняються високими електричними характеристиками, великий надійністю, тривалим терміном експлуатації, які подзарядка забирає всього 15 хвилин.

Кілька років тому одне з фірм США сконструювала бритву з турболучевым приводом, енергію якої повідомляють три компактні кадмиево-никелевые батарейки. За повідомленнями американській пресі, новинкою зацікавилося Національне управління з дослідженню космічного простору: передбачалося, що космонавти візьмуть цю бритву до експедиції на Місяць.

Ще цікавіше і безперечно дуже корисний застосування знайшли кадмиево-никелевым батарейкам лікарі. Введені в груди людей, котрі страждають серцевої недостатністю, ці мініатюрні "електростанції" забезпечують енергією механічний стимулятор роботи серця. Однак батарейка неспроможна працювати вічно - раз у раз її потрібно перезаряджати. Невже щоразу хворий має лягати на операційний стіл? Зрозуміло, немає. Для безперебійної служби батарейки досить разів на тиждень вдягати всього на години спеціальну намагниченную куртку. Вже тисяч чоловік з власного досвіду переконались у достоїнствах нових стимуляторів серцевої діяльності.

Нещодавно кадмій був "прийнято на службу" англійськими криміналістами: з допомогою найтоншого шару цього металу, напыленного на обследуемую поверхню, вдається швидко виявити чіткі відбитки пальців злочинця.

Соединения кадмію - "провідні виконавці" в так званому нормальному елементі Вестона-своеобразном еталоні електрорушійної сили (е. буд. з.). У ньому "трудяться" амальгама кадмію, кристали його сульфату водну розчин цієї солі. Значення е. буд. з такої приладу при кімнатної температурі коливаються на вельми вузьких межах.

Середина ХХ століття - час дивних наукових відкриттів, небувалого технічного прогресу. Одне з значимих досягнень людського розуму - підкорення енергії атома. Для оволодіння фантастичними силами, таящимися в атомному ядрі, потрібна була як геніальні думки, а й матеріали з унікальні корисні властивості. У числі небагатьох металів, куди звернув увагу конструктори ядерних реакторів, виявився кадмій.

Які ж функції виконує цей елемент в атомної енергетики? Приблизно так як автомобіль не обходиться без гальм, реактор неспроможна працювати без регулюючих стрижнів, збільшують чи які зменшують потік нейтронів. Щоб почалася реакція, стрижні повільно піднімають, надаючи нейтронам можливість вільно "грати" в атомному казані. Але якщо вони за цьому "втрачають чуття міри", тобто. процес стає занадто інтенсивним, стрижні знову занурююється у активну зону: нейтрони виявляються хіба що за гратами, і реакція затормаживается.

У кожному реакторі "по зі штатним розкладом" передбачено також масивний аварійний стрижень, який вдається до справі у разі, якщо регулюючі стрижні чомусь не виходить із покладеними ними обов'язками. А раптом та й він відмовить? Такий випадок стався одному з американських реакторів (у штаті Каліфорнія). Через якихось конструктивних несправності аварійний стрижень не зміг своєчасно поринути у казан - ланцюгова реакція став некерованим, виникла аварія. Реактор з шаленіючими нейтронами представляв величезну небезпеку обману навколишнього населення. Довелося терміново евакуювати людей з небезпечної зони, поки ядерний "вогнище" не згаснув. На щастя, уникнули жертв, але збитки були дуже великі, та й реактор на кілька днів ладу. А чи все гаразд механізм аварійного стрижня, нейтрони можна було б вгамувати за лічені миті.

Головна вимога, пропоноване матеріалу регулюючих і аварійних стрижнів, - здатність поглинати нейтрони, а кадмий-один з "найбільших фахівців" у цій галузі. З одним лише застереженням: якщо йдеться про теплових нейтронах, енергія яких мала (вона вимірюється сотими частками электрон-вольта). У роки атомної ери ядерні реактори працювали саме у теплових нейтронах і кадмій довгий час вважався "першої скрипкою" серед стрижневих матеріалів. Пізніше, щоправда, йому довелося поступитися провідної ролі бору та її сполукам. Для кадмію физики-атомщики знаходять дедалі нові сфери діяльності: так, наприклад, з допомогою кадмиевой платівки, яка встановлюється по дорозі нейтронного пучка, досліджують його енергетичний спектр, визначають, наскільки вона однорідний, як і у ньому частка теплових нейтронів.

Якщо атомна енергетика - свого роду епіцентр сучасної техніки, то лакофарбова промисловість - лише її периферія. Та й кадмій працює як і сумлінно, як і "відповідальних посадах" в ядерні реактори. Ще у минулому столітті сульфід цього елемента використовували як мінерального барвника. У "Технічною енциклопедії", виданій на початку ХХ століття, приведено наступна довідка: "...світлі жовті тону, починаючи з лимонно-жовтого, виходять з чистих слабокислых і нейтральних розчинів сульфату кадмію, а при осадженні розчином сульфіду натрію отримують тону більш темно-желтые. ...Тим чи в спосіб можна було одержати кадмиевую жовтянка шести відтінків, починаючи з лимонно-жовтого до помаранчевого... Фарба ця в готовому виді спорту має дуже гарне блискучий ж жовтий колір. Вона досить постійна до слабким щелочам і кислотам, а до сірководню цілком нечуттєва; тому вона змішується в сухому вигляді

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація