Физика для школьников, 2018, № 2
научно-практический журнал
Покупка
Тематика:
Педагогика общего среднего образования
Издательство:
Школьная Пресса
Наименование: Физика для школьников
Год издания: 2018
Кол-во страниц: 50
Дополнительно
Тематика:
ББК:
УДК:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Из истории науки
Б.Л. Дружинин
ТАБЛИЦА МЕНДЕЛЕЕВА ОТ РУБИДИЯ ДО КСЕНОНА. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
ФИЗИКА+
Н.Н. Барабанов
О ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОЙ ПРОБЛЕМАТИКЕ В РУССКОЙ ЛИТЕРАТУРЕ
КОНЦА XIX — НАЧАЛА ХХ ВЕКОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Е.Б. Петрова, Е.Н. Стояновская
ПРОФЕССИЯ: ВУЛКАНОЛОГ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
МОЕ ПОРТФОЛИО
В. Рандин, Д. Комиссаров, Л.Б. Королева
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В ШКОЛЕ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
М.В. Солодихина, Е.В. Немолочнов
КАК СОБРАТЬ ЭФФЕКТИВНУЮ ГЕЛИОПЕЧЬ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Учредитель: ООО «Школьная Пресса». Издается с 2009 г. Периодичность — 4 номера в год
2
2018
Научно-практический журнал для старшеклассников «Физика для школьников»
Рукописи, поступившие в редакцию, не рецензируются и не возвращаются. Редакция не несет ответственности за содержание объявлений и рекламы
Издание охраняется Законом РФ об авторском праве. Любое воспроизведение материалов, размещенных в журнале, как на бумажном носителе,
так и в виде ксерокопирования, сканирования, записи в память ЭВМ, и размещение в Интернете запрещается
Главный редактор
Е.Б. Петрова
Заведующая редакцией
Е.Н. Стояновская
Редакционный совет:
В.В. Альминдеров,
Э.М. Браверман, М.Ю. Демидова,
Д.А. Исаев, О.В. Коршунова,
Л.П. Мошейко, О.А. Поваляев,
В.В. Шахматова
Корреспонденцию
направлять по адресу:
127254, г. Москва, а/я 62
Телефоны:
8 (495) 619-52-87, 619-83-80
Интернет
http://www.школьнаяпресса.рф
E-mail
fizika@schoolpress.ru
Журнал зарегистрирован Министерством РФ
по делам печати, телерадиовещания
и средств массовых коммуникаций
Свидетельство о регистрации
ПИ № 77–9203 от 14 июня 2001 г.
Формат 84х108/16
Усл. п. л. 3,0. Изд. № 3201. Заказ
Отпечатано в АО «ИПК «Чувашия»
428019, г. Чебоксары, пр. И. Яковлева, 15
Телефон 8(8352)28-77-98, 57-01-87,
сайт: www.volga-print.ru
© ООО «Школьная Пресса»,
© «Физика для школьников», 2018, № 2
Любое распространение материалов журнала, в т.ч. архивных номеров, возможно только с письменного согласия редакции. Из истории науки ТАБЛИЦА МЕНДЕЛЕЕВА ОТ РУБИДИЯ ДО КСЕНОНА Б.Л. Дружинин, Москва В статье приведен рассказ об элементах таблицы Менделеева. Из текста вы узнаете не только о свойствах химических элементов, но и интересные истории, которые сопровождали их открытие и использование. В данной статье описаны элементы от рубидия до ксенона. № 37 Рубидий (Rb) Рубидий — тридцать седьмой элемент таблицы Менделеева. Есть два стабильных изотопа рубидия — 85Rb (72,15%) и 87Rb (27,85%). Ядро атома 85Rb состоит из тридцати семи протонов и сорока восьми нейтронов, в электронной оболочке — тридцать семь электронов. В ядре атома 87Rb на два нейтрона больше. Также имеется тридцать радиоактивных изотопов рубидия. Правда, 87Rb тоже радиоактивный, но его период полураспада равен 4,923 ⋅ 1010 лет, а мы договорились изотопы с периодом полураспада больше возраста Вселенной считать стабильными. В 1861 году Густав Кирхгоф и Роберт Бунзен с помощью спектрального анализа обнаружили новый элемент и назвали его «рубидий» по цвету наиболее характерных красных линий спектра. По латыни rubidus — красный. Найти-то нашли, но получение рубидия в чистом виде оказалось делом весьма хлопотным. Рубидий — щелочной металл серебристого цвета. Имеет чрезвычайно низкую температуру плавления — всего 39оС. Но не это главное. Рубидий химически невероятно активен, вступает в реакции с чем угодно и когда угодно. На воздухе он моментально воспламеняется. Не менее активно и тоже с воспламене нием соединяется он с хлором и другими галогенами, а с серой и фосфором — даже сопровождается взрывом. При обычной температуре рубидий разлагает воду столь бурно, что выделяющийся водород тут же воспламеняется. Рубидий, как и многие металлы, обладает фотоэлектрическими свойствами. Свет, попадающий на катод, изготовленный из такого металла, возбуждает в цепи электрический ток. Но если в случае платины, например, для этого требуются лучи с очень малой длиной волны, то у рубидия, напротив, фотоэффект наступает под действием наиболее длинных волн видимого спектра — красных. Это значит, что для возбуждения тока в рубидиевом фотоэлементе требуются меньшие затраты энергии. В этом отношении рубидий уступает только цезию, который чувствителен не только к световым, но и к невидимым инфракрасным лучам. Некоторые соединения рубидия относятся к группе психотропных препаратов, основным свойством которых является способность стабилизировать настроение у психически больных. Они также смягчают характер, понижают раздражительность, неуживчивость, вспыльчивость. Рубидий и его сплавы с цезием в качестве рабочей среды резко увеличивают
ИЗ ИСТОРИИ НАУКИ Любое распространение материалов журнала, в т.ч. архивных номеров, возможно только с письменного согласия редакции. КПД турбоагрегатов и снижают расходы топлива и загрязнение окружающей среды. № 38 Стронций (Sr) Стронций — тридцать восьмой элемент таблицы Менделеева. Существуют четыре стабильных изотопа стронция — 84Sr (0,56%), 86Sr (9,86%), 87Sr (7,00%), 88Sr (82,58%). Ядро атома 84Sr состоит из тридцати восьми протонов и сорока шести нейтронов, в электронной оболочке — тридцать восемь электронов. В ядре атома 84Sr на два нейтрона больше, в ядре 87Sr — на три, в ядре 88Sr — на четыре. Также имеется двадцать девять радиоактивных изотопов стронция. В 1787 году Уильям Крюйкшенк из Вулиджа (не путать с Уильямом Камберлендом Крюйкшенком, королевским хирургом) и Адер Кроуфорд пришли к выводу о содержании в минерале стронцианите нового элемента. Примерно тогда же к подобному выводу независимо друг от друга пришли Томас Хоуп, Мартин Клапорт и наш соотечественник Товий Егорович Ловиц. В 1808 году этот элемент получил в чистом виде Хемфри Дэви. Новый металл назвали «стронций» по минералу, тот, в свою очередь, получил имя по названию шотландской деревни Стронциан, рядом с которой был обнаружен в свинцовом руднике. 5 августа 1963 года в Москве представители США, Великобритании и СССР подписали договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, в космическом пространстве и под водой. Помимо мгновенного воздействия ударной волной, световым излучением и проникающей радиацией ядерный взрыв еще и заражает местность радиоактивными отходами. Одним из самых опасных для людей является радиоактивный изотоп стронция 90Sr. Изотоп 90Sr образуется в цепной реак ции урана или плутония. Вообще-то, там получается много изотопов разных элементов, но почти все они короткоживущие, а 90Sr имеет период полураспада 28 лет. Это значит, что, попав в окружающую среду, он будет долго на нас воздействовать. При распаде 90Sr испускает потоки быстрых электронов, которые наносят непоправимый вред всему живому, особенно если попадают внутрь организма. А попадает он туда при вдыхании радиоактивной пыли, образующейся в процессе взрыва, с питьевой водой, растительной и молочной пищей. Поражаются костная ткань и чувствительный к действию радиации костный мозг. Нарушаются нормальная структура и функции клеток. Это приводит к серьезным нарушениям обмена веществ в тканях. А в итоге развитие смертельно опасных болезней — рака крови и костей. Кроме того, излучение действует на молекулы ДНК и, следовательно, пагубно влияет на наследственность. Но все не так плохо. В середине XX века начали применять красивые глазури, в состав которых входит стронций, разумеется, стабильный. Если бросить немного стронция в огонь, то пламя окрасится в яркий красный цвет. Это свойство летучих солей стронция сделало их незаменимыми компонентами различных пиротехнических составов. Красные фигуры фейерверков, красные огни сигнальных и осветительных ракет — все это «дело рук» стронция. № 39 Иттрий (Y) Иттрий — тридцать девятый элемент таблицы Менделеева. 89Y — единственный стабильный изотоп иттрия. Ядро атома 89Y состоит из тридцати девяти протонов и пятидесяти нейтронов, в электронной оболочке — тридцать девять электронов. Также известны тридцать два радиоактивных изотопа иттрия.
ФИЗИКА ДЛЯ ШКОЛЬНИКОВ 2 / 2018 Любое распространение материалов журнала, в т.ч. архивных номеров, возможно только с письменного согласия редакции. В 1787 году в заброшенной шахте близ поселка Иттербю на острове Ресаре Стокгольмского архипелага геолог-любитель, а по совместительству офицер шведской армии Карл Аррениус нашел удивительно тяжелый неизвестный минерал, который он назвал иттербитом. В 1794 году Юхан Гадолин обнаружил в иттербите соединение нового элемента, получившего название «иттерий», а минерал был переименован в «гадолинит». Сейчас в таблице Менделеева 118 элементов. Стран на нашей планете 256, а городов больше — 2,5 миллионов. Так что стране или городу оказывается великая честь, если название химического элемента связано с их именем. А сколько на Земле поселков, вряд ли кто-нибудь когда-нибудь сможет сосчитать. А в честь маленького поселка Иттербю названы целых четыре элемента! Это иттрий (39Y), тербий (65Tb), эрбий (68Er) и иттербий (70Yb). Первый металлический иттрий получил в 1828 году Фридрих Велер, но еще целый век многие его свойства оставались плохо изученными. Даже состав окиси иттрия до появления периодического закона никто не мог верно определить. Считали, что это YO; правильную формулу — Y2O3 — первым указал Д.И. Менделеев. Впоследствии в гадолините нашли еще шесть новых элементов, но о них позже. В институте мы изучали химию по учебнику Б.В. Некрасова издания 1962 года. Про иттерий и его соединения там сказано, что они не нашли промышленного применения. Но именно в это время ученым удалось получить хорошие и относительно дешевые светящиеся покрытия экранов цветных телевизоров, в состав которых входили и соединения иттрия. И только в конце XX века появились мониторы на жидких кристаллах. Начали применять иттрий и в метал лургии. Его добавки делают сталь и другие металлы более прочными и пластичными. Оксид иттрия Y2O3 чрезвычайно огнеупорный, и из него удобно делать формы для разлива жидкой стали. Из иттрия делают трубы, по которым транспортируют жидкое ядерное горючее — расплавленный уран или плутоний. Радиоактивный изотоп 95Y получается в процессе распада изотопа 90Sr и он столь же опасен для организма человека. № 40 Цирконий (Zr) Цирконий — сороковой элемент таблицы Менделеева. Есть пять стабильных изотопов циркония — 90Zr (51,45%), 91Zr (11,22%), 92Zr (17,15%), 94Zr (17,38%), 96Zr (2,80%). Ядро атома 90Zr состоит из сорока протонов и пятидесяти нейтронов, в электронной оболочке — сорок электронов. В ядре атома 91Zr на один нейтрон больше, в ядре 92Zr — на два, в ядре 94Zr — на четыре, в ядре 96Zr — на шесть. Также имеется двадцать семь радиоактивных изотопов циркония. В конце XVIII века Мартину Клапроту подарили драгоценный камень, добытый на Цейлоне. Клапрот был настоящим химиком, поэтому сразу приступил к исследованию подарка. В результате он выделил двуокись неизвестного элемента, которой он дал название «цирконовая земля». В свободном виде новый металл, не вполне избавленный от примесей, получил лишь в 1824 году Йенс Берцелиус. Металл назвали «цирконий» от персидского zargun, в переводе «цар» — золото и «гун» — цвет из-за золотистой окраски драгоценной разновидности минерала циркона — гиацинта. Минерал циркон очень огнеупорен. Кирпичи, содержащие добавку ZrO2, позволяют провести более 1000 плавок стали без ремонта печи. Такие кирпичи особенно хороши при плавке алюминия, потому
ИЗ ИСТОРИИ НАУКИ Любое распространение материалов журнала, в т.ч. архивных номеров, возможно только с письменного согласия редакции. что они, в отличие от глиняных кирпичей, расплавленным алюминием не смачиваются. Это позволяет печам с кирпичами на основе циркония непрерывно работать в течение целого года. Металлы с добавками циркония не теряют вязкости в широком интервале температур, они хорошо сопротивляются ударным нагрузкам. Поэтому цирконий добавляют в сталь, идущую на изготовление брони, при этом прочность стали увеличивается в полтора раза. Много циркония требуется ядерной энергетике. Дело в том, что для активной зоны реактора требуются материалы, не задерживающие нейтроны. Именно таким материалом является цирконий. Брусок циркония можно спокойно держать в руках, но его порошок или стружка легко самовозгораются на воздухе даже при комнатной температуре. При этом выделяется много тепла. Циркониевая пыль в смеси с воздухом способна даже взрываться. Теперь вспомним, как нам рекламой навязывают циркониевые браслеты как средство чуть ли не от всех болезней. Верить в это — все равно, что доверять гороскопам. (Однажды мы с друзьями поставили эксперимент. Пришли на лекцию астролога и в самом начале попросили его озвучить гороскоп на завтра. Его рассказ незаметно записали на видео. Через час в середине лекции снова попросили сообщить гороскоп на завтра. Ни одного совпадения! Астролог бежал, на чем лекция и закончилась.) Что касается циркония, то он и его соединения никак не взаимодействуют с тканями и жидкостями организма благодаря высокой химической стойкости. В медицине есть термин «плацебо». Так называют вещество без явных лечебных свойств, используемое в качестве лекарства, лечебный эффект которого связан с верой самого пациента в действенность препарата. Это лекарство подобрано больше для удовлетворения больного, нежели для его пользы. № 41 Ниобий (Nb) Ниобий — сорок первый элемент таблицы Менделеева. 93Nb — единственный стабильный изотоп ниобия. Ядро атома 93Nb состоит из сорока одного протона и пятидесяти двух нейтронов, в электронной оболочке — сорок один электрон. Также известны тридцать два радиоактивных изотопа ниобия. В 1801 году Чарльз Хатчет исследовал образец черного минерала, найденного в Южной Америке и названного за это колумбитом. Из этого минерала он выделил окисел неизвестного элемента. Хатчет назвал его колумбием. А через год Андерс Экеберг также выделил из колумбита окисел элемента, названного им танталом. Долгое время химики принимали колумбий и тантал за один и тот же металл. Но в 1844 году Генрих Розе, исследуя образцы колумбита, доказал, что это разные элементы. За танталом осталось его имя, а колумбий переименовали в ниобий по имени Ниобы, дочери мифологического мученика Тантала. Однако в странах Америки и в Англии ниобий еще больше века называли колумбием. Впервые чистый ниобий получил в конце XIX века Анри Муассан. Ниобий, как и цирконий, практически не поглощает медленные нейтроны, и поэтому его также охотно применяют в качестве конструктивного материала в ядерной энергетике. Из ниобия получаются хорошие фотоэлементы, потому что фотоны легко выбивают из него электроны. Ниобий относится к геттерным веществам, т.е. хорошо поглощает газы, и его применяют при изготовлении вакуумных приборов. Кроме того, ниобий хорошо обрабатывает
ФИЗИКА ДЛЯ ШКОЛЬНИКОВ 2 / 2018 Любое распространение материалов журнала, в т.ч. архивных номеров, возможно только с письменного согласия редакции. ся давлением при обычной температуре и прекрасно сваривается. Ниобий добавляют в другие металлы. Например, алюминий, если в него ввести всего 0,05 % ниобия, совсем не реагирует со щелочами, хотя в обычных условиях он в них растворяется. Некоторые сплавы ниобия обладают сверхпроводимостью, и из них делают обмотки мощных магнитов на ускорителях, в частности, на большом адронном коллайдере. № 42 Молибден (Mo) Молибден — сорок второй элемент таблицы Менделеева. Есть семь стабильных изотопов молибдена — 92Mo (15,86%), 94Mo (9,12%), 95Mo (15,70%), 96Mo (16,50%), 97Mo (9,45%), 98Mo (23,75%) и 100Mo (9,62%). Ядро атома 92Mo состоит из сорока двух протонов и пятидесяти нейтронов, в электронной оболочке — сорок два электрона. В ядре атома 94Mo на два нейтрона больше, в ядре 95Mo — на три, в ядре 96Mo — на четыре, в ядре 97Mo — на пять, в ядре 98Mo — на щесть, в ядре 100Mo — на восемь. Также имеется двадцать четыре радиоактивных изотопа молибдена. Еще в XI веке японцы использовали молибден для изготовления знаменитых самурайских мечей. В Европе тоже использовали молибден, но по другой причине. Все, что оставляло след на бумаге, называли молибденом от латинского molibdaena, что, в свою очередь, происходит от греческого μόλυβδος — «свинец». Под это название попадали и сам свинец, и графит, и галенит (PbS), и многие другие минералы, в том числе и молибденит, из которого сейчас получают собственно молибден. А до середины XVIII века молибден и графит не различали. В 1758 году Аксель Кронстедт предположил, что это два разных вещества, но только через 30 лет Карл Шееле и Питер Гьельм сумели по лучить чистый молибден. Это случилось в 1790 году. Выходит, что молибден «украл» имя у свинца, хотя трудно найти металлы более несхожие, чем молибден и свинец. К примеру, температура плавления свинца 327оС, молибдена — 2620оС, температурный коэффициент линейного расширения свинца 28 ⋅ 10–6 град–1, молибдена— 6 ⋅ 10–6 град–1. Близки они только по плотности: свинец 11,3 г/см3, молибден 10,2 г/см3. Только вольфрам имеет температурный коэффициент линейного расширения меньше, чем у молибдена. В лампочках вольфрамовые нити накаливания подвешивают на молибденовых крючках, впаянных в стекло, потому что жаропрочное стекло расширяется так, как и молибден, а вольфрамовые крючки просто выпадали бы при нагревании. Молибден, добавленный в металлы, одновременно повышает их прочность, вязкость и коррозийную стойкость (хотя в других случаях с увеличением прочности возрастает и хрупкость металлов). Из хромомолибденовой стали делают бронебойные снаряды, судовые валы и другие детали, испытывающие повышенные нагрузки. Фирма «Винчестер» применяет эту сталь для изготовления винтовочных стволов. Тугоплавкий, ковкий, не тускнеющий, обладающий приятным цветом молибден получил признание у ювелиров. Им иногда заменяют драгоценную платину. Но гораздо дороже платины радиоактивный изотоп 99Mo. Его цена достигает 50 миллионов долларов за 1 грамм. Цену одного килограмма найдите сами. Дело в том, что при β-распаде 99Mo превращается в изотоп технеция 99mTc, с помощью которого диагностируют онкологические заболевания. Препарат вводят в человеческий организм и по путям его перемещения определяют наличие опухоли или заболеваний внутренних органов. Пе
ИЗ ИСТОРИИ НАУКИ Любое распространение материалов журнала, в т.ч. архивных номеров, возможно только с письменного согласия редакции. риод его полураспада шесть часов. В этом и есть его основное преимущество — даже в малых количествах препарат достаточно активен, и недостаток — его нельзя заготовить впрок. Но и сам 99Mo имеет период полураспада всего 66 часов, поэтому его производят непрерывно и в кратчайшие сроки доставляют потребителям. № 43 Технеций (Tc) Технеций — сорок третий элемент таблицы Менделеева. Это самый легкий элемент, не имеющий стабильных изотопов. Все тридцать четыре изотопа технеция радиоактивные, в составе ядра каждого сорок три протона, в электронной оболочке — сорок три электрона, нейтронов разное количество. Заполняя свою таблицу, Менделеев клетку № 43 оставил пустой. Неоднократно в нее пытались поместить вновь открытые элементы с именами ильмений, люций, ниппоний, мазурий, но каждый раз их успешно «закрывали». Дело дошло до того, что многие ученые начали сомневаться в существовании элемента № 43 в природе. Оказалось, что так оно и есть! К 1930 году ученые-ядерщики выяснили, что элемент № 43 имеет только радиоактивные изотопы. Те, что оказались на Земле во время ее рождения, давно распались, а новые атомы появлялись только при спонтанном распаде урана в таких мизерных количествах, что найти их было практически невозможно. В 1937 году в Палермо (Италия) Эмилио Сегре и Карло Перрье исследовали молибден, облученный ядрами дейтерия на ускорителе Национальной лаборатории имени Лоуренса (США). После пяти месяцев напряженной работы они обнаружили в молибдене радиоактивные изотопы элемента № 43. Десять лет у элемента был только порядковый номер, и только в 1947 году первооткрыватели присвоили ему имя «технеций» от древнегреческого «τεχνητός» — искусственный. Действительно, это был первый синтезированный человеком элемент. Был воссоздан химический «динозавр» — элемент, некогда существовавший в природе, но полностью «вымерший» в результате радиоактивного распада. В 1952 году Пол Меррилл обнаружил в спектрах поглощения некоторых звезд линии технеция. Это значит, что технеций присутствует в атмосферах этих звезд и это доказывает наличие там ядерного синтеза. Технеций получают в ядерных реакторах из осколков деления урана U235. Благодаря накоплению технеция в реакторах удалось определить свойства этого элемента, получить его в чистом виде, исследовать довольно многие его соединения. Технеций — один из самых редких и дорогих металлов. Изотоп технеция 99mTc незаменим при диагностировании онкологических заболеваний. Соли технециевой кислоты HTcO4 — самые лучшие в мире ингибиторы, вещества, предохраняющие металлы от коррозии. Крохотные добавки TcO4 предотвращают коррозию железа и малоуглеродистой стали — важнейшего конструкционного материала. И еще. Есть основания полагать, что сплавы технеция с другими металлами окажутся идеальными сверхпроводниками. № 44 Рутений (Ru) Рутений — сорок четвертый элемент таблицы Менделеева. Первый элемент платиновой группы. Есть семь стабильных изотопов рутения — 96Ru (5,54%), 98Ru (1,87%), 99Ru (12,76%), 100Ru (12,60%), 101Ru (17,06%), 102Ru (31,55%), 104Ru (18,62%). Ядро атома 96Ru состоит из сорока четырех протонов и пятидесяти двух нейтронов,
ФИЗИКА ДЛЯ ШКОЛЬНИКОВ 2 / 2018 Любое распространение материалов журнала, в т.ч. архивных номеров, возможно только с письменного согласия редакции. в электронной оболочке — сорок четыре электрона. В ядре атома 98Ru на два нейтрона больше, в ядре 99Ru — на три, в ядре 100Ru — на четыре, в ядре 101Ru — на пять, в ядре 102Ru — на шесть, в ядре 104Ru — на восемь. Также имеется двадцать семь радиоактивных изотопов рутения. Рутений открыл в 1844 году наш соотечественник Карл Карлович Клаус. А имя «рутений» (по латыни Ruthenia — Россия) предложил немец Готтфрид Озанн еще в 1828 году для открытого им несуществующего элемента. Немец как в воду глядел! Название очень подошло открытому Клаусом новому элементу. Рутений относится к благородным металлам, которых насчитывается всего восемь. Россия, хочет кто-то этого или не хочет, тоже великая благородная держава. Рутений из-за хрупкости не поддается механической обработке. У россиян тонкая и хрупкая душа («ты меня уважаешь»?), многие пытались «обработать» Россию, но победить ее еще никому не удалось. Попытки избавиться от примесей и получить чистый рутений не привели к положительным результатам. Все попытки правительства избавить россиян от вредных привычек также не дали результата. Металлический рутений не растворяется в щелочах, кислотах и даже в кипящей царской водке. Так и россияне: в какой бы стране ни жили, они остаются россиянами. При «сжигании» урановых блоков в реакторах образуется новое ядерное горючее — плутоний. Одновременно образуется и осколки деления ядер урана, в том числе и радиоактивные изотопы рутения, которые приходится удалять. Основную массу осколков отделить от урана и плутония относительно легко, а вот радиоактивный рутений доставляет много хлопот. Борьбе с радиоактивным рутением уде ляют много внимания физики, химики, технологи и особенно радиохимики многих стран. Есть несколько способов отделения рутения от урана и плутония, но они очень дорогие, и химикам придется еще немало поработать для успешного решения этой проблемы. Таит опасность летучая четырехокись рутения RuO4. Она плавится уже при 25°C, превращаясь в коричнево-оранжевую жидкость со специфическим запахом, похожим на запах озона. При соприкосновении с малейшими следами большинства органических веществ четырехокись рутения моментально взрывается. Сплав рутения и платины используется для изготовления износостойких электрических контактов, что имеет принципиальное значение для слаботочной аппаратуры. Если, к примеру, окислятся и перестанут проводить ток контакты в вашем компьютере, то почистить их наждачной бумагой вряд ли получится — уж больно они нежные. № 45 Родий (Rh) Родий — сорок пятый элемент таблицы Менделеева. Второй элемент платиновой группы. 103Rh — единственный стабильный изотоп родия. Ядро атома 103Rh состоит из сорока пяти протонов и пятидесяти восьми нейтронов, в электронной оболочке — сорок пять электронов. Также известны тридцать три радиоактивных изотопа родия. В 1803 году Уильям Волластон, работая с самородной платиной, открыл новый элемент и назвал его «родий» от древнегреческого ρ′όδον — роза, потому что растворы многих соединений родия имеют темно-красный цвет. Родий, как и другие металлы платиновой группы — рутений, палладий, осмий и иридий, содержится в мизерных количествах в россыпях самородной «сырой»
ИЗ ИСТОРИИ НАУКИ Любое распространение материалов журнала, в т.ч. архивных номеров, возможно только с письменного согласия редакции. платины. Основные мировые запасы такой платины находятся у нас на Урале. В России выделяли только чистую платину, а другие металлы платиновой группы, хотя они дороже самой платины в десятки раз, попросту шли в отходы. Имеются документы, из которых следует, что к 1843 году на Монетном дворе в Петербурге скопилось около полутора тонн таких отходов и их продали за границу практически за копейки. Родий — очень дорогой металл, но спрос на него стремительно растет. Естественно, в первую очередь он поступает лишь туда, где его нельзя заменить никакими другими металлами. Родий незаменим как катализатор многих реакций. Из сплава платины с родием делают катализаторные сетки, которые применяются при производстве азотной кислоты, причем присадка в 5% родия намного повышает прочность сетки, а потери платины уменьшаются в два раза. Родий активно применяется в жидкокристаллических устройствах. Поверхность родия отражает 80% видимой части спектра. Учитывая его химическую и механическую износостойкость, им покрывают рефлекторы прожекторов и технические зеркала прецизионных измерительных приборов. Особый блеск и красоту родиевые покрытия придают ювелирным изделиям. Однако большая техническая ценность родия, трудность его получения и скудость его запасов в природе ограничивают использование этого металла для изготовления предметов роскоши. № 46 Палладий (Pd) Палладий — сорок шестой элемент таблицы Менделеева. Третий элемент платиновой группы. Есть шесть стабильных изотопов палладия — 102Pd (1%), 104Pd (11%), 105Pd (22%), 106Pd (27%), 108Pd (26%) и 110Pd (11%). Ядро атома 102Pd состоит из сорока шести протонов и пятидесяти шести нейтронов, в электронной оболочке — сорок шесть электрона. В ядре атома 104Pd на два нейтрона больше, в ядре105Pd — на три, в ядре 106Pd — на четыре, в ядре 108Pd — на шесть, в ядре 110Pd — на восемь. Также имеется двадцать восемь радиоактивных изотопов палладия. В 1803 году Уильям Волластон выделил из платиновой руды новый элемент и назвал его палладий. Если вы думаете, что это в честь древнегреческой богини Афины Паллады (Παλλάς Áθηνα˜), то ошибаетесь. Волластон назвал новый элемент в честь астероида Паллада, открытого в 1802 году Генрихом Ольберсом, а уж астероид назван в честь богини. Когда в 1868 году Жюль Жансен и Джозеф Локьер нашли на Солнце неизвестный на Земле гелий, то вторым элементом, обнаруженным там же, оказался палладий, но уже известный ученым. Из пяти металлов, сопутствующих платине, только палладий встречается в самородках. По внешнему виду его довольно трудно отличить от платины, но он значительно легче и мягче ее. Палладий нашли и в метеоритах — до 0,0007% в железных метеоритах и до 0,00035% в каменных. Палладий отлично полируется, не тускнеет и не подвержен коррозии. В палладиевой оправе прекрасно смотрятся драгоценные камни. Во всем мире пользуются популярностью часы в корпусах из так называемого «белого золота» — золота, обесцвеченного добавкой палладия. Палладий обладает высочайшей химической стойкостью. На него при нормальной температуре не действует даже всесокрушающий фтор. Палладий — отличный катализатор. В присутствии палладия начинаются и идут при низких температурах практически все химические реакции.
ФИЗИКА ДЛЯ ШКОЛЬНИКОВ 2 / 2018 Любое распространение материалов журнала, в т.ч. архивных номеров, возможно только с письменного согласия редакции. Угарный газ CO не имеет ни цвета, ни вкуса, ни запаха, и поэтому очень опасен для людей и животных. Определить наличие CO в воздухе можно с помощью бумажки, смоченной раствором хлористого палладия. Как только содержание CO превысит (0,02 мг/л), бумажка чернеет. Среди наград, присуждаемых за выдающиеся научные достижения, есть медаль имени Волластона. Она изготавливается из чистого палладия. В 1943 году эту медаль присудили нашему соотечественнику академику Александру Евгеньевичу Ферсману за его выдающиеся минералогические и геохимические исследования. № 47 Серебро (Ag) Серебро — сорок седьмой элемент таблицы Менделеева. Есть два стабильных изотопа серебра — 107Ag (51,839%) и 109Ag (48,161%). Ядро атома 107Ag состоит из сорока семи протонов и шестидесяти нейтронов, в электронной оболочке — сорок семь электронов. В ядре атома 109Ag на два нейтрона больше. Также имеется тридцать шесть радиоактивных изотопов серебра. Кто и когда открыл серебро, установить невозможно, потому что серебро, как и некоторые другие металлы, встречается в самородках и его не требовалось добывать из руды. На Среднем и Ближнем Востоке серебро являлось символом Луны и считалось священным металлом. Во многих языках, и не только в славянских, название металла созвучно русскому «серебро». К примеру, болгарское сребро, польское srebro, немецкое silber, английское silver. Помните одноногого пирата Джона Сильвера из «Острова сокровищ»? Впрочем, по-русски это тоже неплохо звучит: «Князь Серебряный», повесть графа Алексея Константиновича Толстого. Латинское название «argentum» происходит от греческого «άργυρος», «árgyros» — блестящий. В таблице Менделеева встречается несколько элементов, получивших свои названия по географическим объектам. А есть, наоборот, огромная страна, названная в честь элемента, — Аргентина. А случилось дело так. В 1526 году Себастьян Кабот возглавил экспедицию, отправившуюся из Венеции по маршруту Магеллана. На берегах Южной Америки он поверил легенде о Серебряных горах в глубине континента и отправился на их поиски. Легенда оказалась ложной, но слух о серебре породил название страны. С давних времен люди знали о целебных свойствах «серебряной воды» и самого серебра. Не случайно в средние века знать пользовалась серебряной столовой посудой. Другое не менее старое применение серебра — отливка колоколов. По звонкости серебру нет равных. Колокольных дел мастера всегда добавляли серебро в бронзу и получали «малиновый звон». Заключительная новелла «Колокол» гениального фильма Андрея Тарковского «Андрей Рублев» повествует как раз об этом. И сейчас струны наиболее ценных музыкальных инструментов делают из сплава, в котором 90% серебра. Долгое время во всех странах находились в обращении серебряные монеты. В СССР до середины XX века ходили рубли и полтинники с определенным содержанием серебра. Сейчас во всем мире от этой практики отказались, так как серебро гораздо нужнее в промышленности. По электропроводности серебру нет равных. Серебряные проводники незаменимы в приборах высокой точности. Во время Второй мировой войны правительство США выделило «Манхэттенскому проекту» более 40 тонн серебра, чтобы им заменили медь. Серебро это потребовалось для приборов и установок при создании атомной бомбы. В технике припои, содержащие серебро,
ИЗ ИСТОРИИ НАУКИ Любое распространение материалов журнала, в т.ч. архивных номеров, возможно только с письменного согласия редакции. занимают особое место, так как паянный ими шов не только прочен и плотен, но и устойчив к коррозии. Такими припоями запаивают судовые трубопроводы, котлы высокого давления, трансформаторы, электрические шины. Чем выше требования к прочности и коррозионной устойчивости паяного шва, тем с большим процентом серебра применяются припои. А для пайки титана годно лишь чистое серебро. Когда в 1933 году Группа Изучения Реактивного Движения (ГИРД) под руководством Сергея Павловича Королева готовила к запуску первую в СССР ракету, инженеры и рабочие приносили из дома серебряные ложки и вилки, чтобы надежно пропаивать серебром электрические схемы. Серебро — удивительно пластичный металл. Из него можно получить листки толщиной всего 0,25 микрона. Серебро лучше многих металлов противостоит действию щелочей. Именно поэтому стенки трубопроводов, автоклавов, реакторов и других аппаратов химической промышленности нередко покрывают серебром как защитным металлом. № 48 Кадмий (Cd) Кадмий — сорок восьмой элемент таблицы Менделеева. Есть восемь стабильных изотопов кадмия — 106Cd (1,25%), 108Cd (0,89%), 110Cd (12,49%), 111Cd (12,80%), 112Cd (24,13%), 113Cd (12,22%), 114Cd (28,73%), 116Cd (7,49%). Ядро атома 106Cd состоит из сорока восьми протонов и шестидесяти четырех нейтронов, в электронной оболочке — сорок восемь электронов. В ядре атома 108Cd на два нейтрона больше, в ядре 110Cd — на четыре, в ядре 111Cd — на пять, в ядре 112Cd — на шесть, в ядре 113Cd — на семь, в ядре 114Cd — на восемь, в ядре 116Cd — на десять. Также имеется двадцать девять радиоактивных изотопов кадмия. История открытия кадмия весьма за нимательна. В 1817 году окружной врач Ролов приказал изъять из продажи все препараты с окисью цинка, вырабатываемой на фабрике Германа. По желтоватой окраске препаратов он заподозрил, что в окиси цинка есть мышьяк. Герман, проанализировав образцы продукции, никакого мышьяка в них не обнаружил, приписав желтизну небольшому содержанию железа. Судьей в споре Ролова и Германа выступил заведующий кафедрой химии Геттингенского университета Фридрих Штромейер. Он произвел анализ спорных препаратов и выделил элемент, который вызывал пожелтение, и при этом не обнаружил ни мышьяка, ни железа. Оказалось, что это неизвестный прежде металл, по химическим свойствам очень похожий на цинк. Штромейер назвал кадмий по греческому названию руды, из которой в Германии добывали цинк, — καδμεία. А руда эта получила название в честь героя древнегреческой мифологии Кадма. Позже этому элементу предлагали еще три названия: меллином — от латинского mellinus — «желтый», клапротий — в честь известного химика Мартина Клапрота и юноний — по имени открытого в 1804 году астероида Юноны, в свою очередь названного в честь жены Юпитера Юноны. Но утвердилось название Штромейера. Издавна соединения кадмия применились в текстильном и мыловаренном производствах. Сульфид кадмия придает пламени синюю окраску, что используется в пиротехнике. Спрос на кадмий резко возрос в середине XX века, когда появились первые атомные реакторы. Дело в том, что кадмий очень хорошо поглощает тепловые нейтроны, и поэтому из него делали регулирующие и аварийные стержни. Но в более выгодных реакторах на быстрых нейтронах кадмия нет — быстрые нейтроны он не поглощает.