Химические элементы

Цирконий входит в подгруппу титана и очень близок к нему по свойствам, ведь они оба стоят в IV группе ПСХЭ. Однако цирконий обладает рядом особенностей, неприсущих титану. Впрочем, обо всем по порядку.

Если элементы были бы людьми, то цирконий считался бы очень брутальным, но в то же время красивым мужчиной: это обусловлено сферами применения чистого металла. Как видно из названия, цирконий применяется в ядерной энергетике, однако не в виде топлива, а для изготовления трубок, в которых уже размещается топливо. Почему же именно цирконий? Все дело в том, что этот металл проницаем для нейтронов, которые поддерживают цепную реакцию деления ядерного топлива, а также способен выдерживать высочайшие температуры. А это, знаете ли, очень жесткие условия для работы, когда вокруг огромные потоки нейтронов, все нагрето до 300–600 °C, работа проходит под высоким давлением, да еще и рядом радиоактивный уран, который постоянно делится, расширяется и пытается разорвать трубку из циркония. Еще более «мужским» применением является производство трассирующих снарядов и зажигательных бомб. Сплавы, содержащие этот металл, способны выдерживать повышенные ударные нагрузки.

Циркония примерно в 37 раз меньше, чем титана, что составляет 0,017 % массы земной коры. В чистом виде он не встречается, а входит лишь в состав около 140 различных минералов, самыми важными для производства являются бадделеит ZrO₂ и циркон ZrSiO₄.

Красивейший минерал гиацинт с формулой аналогичной циркону (ZrSiO₄) был известен людям еще с древних времен, его использовали в ювелирном деле.

Как уже было отмечено ранее, цирконий помимо своей брутальности еще красив и галантен, любим женщинами. Так фианит — диоксид циркония, обладающий кубической кристаллической решеткой, является самым известным имитатором алмазов. Даже профессионалу достаточно сложно различить алмаз и фианит, ведь последний обладает схожим блеском и крайне высокой твердостью (9 по шкале Мооса, в то время как алмаз — 10). Впрочем, задача разрешима, если более тщательно исследовать спектр света или вес образцов.

Нельзя также не упомянуть широкое применение циркония в пиротехнике, ведь этот металл сгорает на воздухе, выделяя огромное количество тепла (4650 °C) и ослепительно яркого белого цвета, и, что очень важно — почти без дыма!

Ну и конечно же, металлический цирконий и его диоксид применяется в медицине. Из диоксида циркония делаются зубные протезы, которые на вид и по ощущениям не отличить от настоящих.

Гафний. Брат циркония

Гафний — металл близнец циркония. Их химические свойства настолько похожи, что это вызывает трудности у химиков при их разделении, так как гафний всегда сопутствует цирконию в минералах. А разделять их надо.

Его области применения крайне узконаправленны: большая часть добываемого металла уходит на нужды атомной энергетики, так как гафний способен хорошо захватывать нейтроны. Да, это свойство все же используется, когда требуется заглушить ядерную реакцию в реакторе. Большое значение для аэрокосмической промышленности играют такие соединения гафния как: карбид и борид (HfC и HfB₂ соответственно), из них изготавливают сверхтвердые и очень износоустойчивые материалы для ядерных реактивных двигателей и сопел ракет. Важно, что энергия, требуемая на отрыв последнего электрона (энергия ионизации) из атома гафния достаточно низка, поэтому этот металл идеально подходит для использования в плазменных горелках!

Названием элемент обязан тому городу, где он был открыт, то есть Копенгагену. Читатель спросит: «Чем столица Дании похожа на гафний?», а мы ответим: «Hafnia — старинное название этого города». Открыт гафний был в 1923 году двумя датчанами Костером и Хевеши, которые исследовали руды, содержащие цирконий.

В природе гафния гораздо меньше, чем циркония. В свободном состоянии он пока обнаружен не был, правда, является постоянной примесью в рудах, богатых его младшим братом (обычно не больше 4 % по массе).

Подгруппа ванадия (VБ)

Закончив описание подгруппы VIБ, поговорим о подгруппе ванадия. В нее входят такие металлы, как: ванадий, ниобий, тантал и дубний. Для элементов этой подгруппы наиболее устойчивой и распространенной степенью окисления является +5. Ванадий и его соединения на данный момент применяются гораздо шире, чем остальные элементы этой подгруппы, однако стоит отметить быстрый рост областей, использующих ниобий и тантал.

Все рассматриваемые металлы обладают высокой устойчивостью к действию кислот и щелочей, особенно это характерно для Nb и Ta. Если измельчить эти металлы и нагреть до определенных температур, то они будут реагировать с кислородом, серой, азотом и галогенами.

Ванадий. Открытый дважды

Ванадий относится к рассеянным элементам и встречается в виде примесей к рудам, которые содержат Fe, Pb и Ti. К важнейшим минералам, в состав которых входит ванадий, относятся патронит VS₂ и ванадинит 3Pb₃(VO₄)₂×PbCl₂. Ванадий составляет примерно 0,015 % массы земной коры.