Химические элементы

История открытия этого металла достаточно непроста. Все началось в 1794 году, когда Гадолин очистил гадолинит. Получив некую неизвестную землю, он дал ей название иттрия. Спустя 45 лет Мозандер разложил эту землю на оксиды трех элементов: иттрия, тербия и эрбия. Название свое иттрий получил в честь шведской деревни, вблизи которой Аррениус впервые нашел камень неизвестного состава, что послужило поводом для отправки его частей различным ученым того времени для анализа (Гадолин, вероятно, входил в их число). Чистый иттрий был получен в 1828 году Велером.

Иттрия в земной коре гораздо больше, чем скандия, его массовая доля составляет примерно 2,8×10^-3 %. В отличие от скандия, иттрий относится к редкоземельным элементам (рассеянным), собственных минералов он толком не имеет, напротив, чаще всего встречается в виде примесей к фосфоритам и апатитам.

Чистый металл применяется в качестве добавки к алюминиевым и магниевым сплавам, повышая их твердость. Важнейшей областью использования иттрия является промышленное производство полиэтилена, в этом процессе металл играет роль катализатора. Также стоит упомянуть, что иттрий содержащее соединение YBa₂Cu₃O_7-d, где d < 0.7, относится к сверхпроводникам, и оно заслуживает особого внимания, так как проявляет это интереснейшее свойство при температуре, которая выше температуры кипения жидкого азота. Из-за дешевизны жидкого азота этот материал считается достаточно перспективным. Да-да, сверхпроводники обычно проявляют свои сверхпроводящие способности при очень низких температурах. А это соединение проявляет сверхпроводимость в достаточно «теплых» условиях, по сравнению с другими.

Однако самым используемым соединением иттрия является его оксид Y₂O₃. Он нашел применение в изготовлении керамики, устойчивой при высоких температурах. Им легируют хромовые стали, он входит в состав вольфрамовых электродов.

Этот элемент встречается не только на Земле: аппараты, посланные NASA на Марс, привезли экземпляры марсианских земель, где были обнаружены некоторые количества этого металла.

Подгруппа титана (IVБ)

Второй будет рассмотрена подгруппа титана, в которую входят: титан, цирконий, гафний и резерфордий. Формула, которая опишет их электронное строение — (n-1)d²ns², поэтому несложно догадаться, что в соединениях эти металлы имеют валентность равную IV, а наиболее устойчивой степенью окисления является +4.

Титан, цирконий и гафний — ковкие серебристо-белые металлы, которые становятся хрупкими и твердыми, если в них присутствуют примеси. При нагревании эти элементы очень химически активны. В измельченном состоянии они способны поглощать значительные количества водорода. Ti и Zr играют важнейшую роль в металлургии, о чем будет написано далее.

Титан. В честь богов

Как вы уже, вероятно, догадались, речь пойдет о титане. Его соединения люди стали применять гораздо раньше, чем сам металл. Так, в ходе I Мировой войны тетрахлорид титана TiCl₄ использовали для создания дымовой завесы. Эта соль гидролизуется водой, содержащейся в воздухе, до оксихлоридов и оксида титана:

TiCl₄ + H₂O → TiOCl₂ + 2HCl

TiCl₄ + 2H₂O → TiO₂ + 4HCl

Увидеть данный процесс своими глазами можно в видео «Титан» на нашем YouTube-канале.

В мирное время оксид титана IV добавляют в продукты питания (он зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е171). Также примерно 57 % произведенного TiO₂ уходит на изготовление титановых белил. Интересно, что нитридом титана TiN покрывают сверла, а также купола современных храмов. Из другого бинарного соединения — карбида титана TiC изготавливают абразивные материалы. Диборид титана TiB₂ — важный компонент сверхтвердых материалов для обработки металлов. Это далеко не полный список тех соединений этого элемента, которые играют важную роль в различных областях техники.

Титан относится к распространенным элементам: он составляет 0,63 % массы земной коры. Стоит отметить, что на Земле этого металла больше, чем углерода. Рутил, состав которого отражает формула TiO₂, а также ильменит FeTiO₃ являются основными минералами, содержащими титан. Самородный титан в природе до сих пор не обнаружен.

Большая часть производимого титана расходуется на нужды ракетостроения, судостроения, авиационной промышленности. Из-за высокой устойчивости к коррозии на основе титана производят химические реакторы, трубопроводы и другие емкости, имеющие контакт с агрессивными средами. Более того, титан используют в качестве материала для изготовления протезов ввиду его биологической «безвредности». Этот металл входит с состав большого количества сплавов, которые применяются в различных областях жизни человека.

Интересно, что памятник Юрию Гагарину, стоящий в Москве на пересечении Третьего транспортного кольца и Ленинского проспекта, сделан из титана.

Цирконий. Нерадиоактивный металл для ядерной энергетики