Палладий является химическим элементом таблицы Менделеева с атомным номером 46 и условным обозначением Pd. Палладий представляет собой блестящий серебристо-белый металл, который является достаточно редким на Земле.
Читать далее Палладий как химический элемент таблицы Менделеева
Родий является химическим элементом периодической таблицы Менделеева с атомным номером 45 и условным обозначением Rh. Родий представляет собой очень редкий серебристо-белый, твердый, устойчивый к коррозии и химически инертный переходный металл.
Читать далее Родий как химический элемент таблицы Менделеева
Рутений является химическим элементом периодической таблицы Менделеева с атомным номером 44 и условным обозначением Ru. Рутений представляет собой редкий серебристо-белый переходный металл.
Читать далее Рутений как химический элемент таблицы Менделеева
Технеций является химическим элементом таблицы Менделеева с атомным номером 43 и условным обозначением Tc. Технеций представляет собой серый кристаллический переходный металл.
Читать далее Технеций как химический элемент таблицы Менделеева
Молибден является химическим элементом таблицы Менделеева с атомным номером 42 и условным обозначением Mo. Молибден представляет собой серебристый переходный металл с серым оттенком.
История открытия такого химического элемента как молибден является достаточно запутанной. Этот химический элемент был известен с давних времен в виде молебденита, но этот минерал достаточно часто путали с галенитом и графитом.
В 1778 году немецкий химик и фармацевт Карл Вильгельм Шееле выделил оксид молибдена из молебденита обработкой минерала азотной кислотой. Само название для нового химического элемента было предложено в честь минерала из которого он добывается. Чистый молибден был получен шведским химиком Питером Якобом Хельмом в 1781 году. Он обработатал оксид молибдена углеродом и льняным маслом.
В следующем столетии молибден не нашел промышленного применения, а получил его только в XX веке. Хотя сплавы с примесью этого металла показали себя с хорошей стороны, но реализовать промышленный план было просто напросто невозможно из слабого развития отрасли.
Молибден является химическим элементом который добывают в виде минералов, так как в свободном виде он не встречается. Этот элемент встречается в таких минералах как вульфенит, повелит и молебденит. Основным важным минералом коммерческого производства является молебденит, но он так же извлекается как побочный продукт меди и вольфрама.
Процесс выделения молибдена из руды выглядит следующим образом. Молебденитовая руда обжигается на воздухе при температуре 700 ° C. Процесс дает газообразный диоксид серы и оксид молибдена (VI):
2 MoS2 + 7 O2 → 2 MoO3 + 4 SO2
Затем окисленную руду обычно экстрагируют водным раствором аммиака с получением молибдата аммония:
MoO3 + 2 NH3+ H2O → (NH4 )2(MoO4)
Медь, примесь в молибдените, менее растворима в аммиаке. Чтобы полностью удалить его из раствора, его осаждают сероводородом. Молибдат аммония превращается в димолибдат аммония, который выделяется в виде твердого вещества. Нагревание этого твердого вещества дает триоксид молибдена:
(NH4)2 Mo2O7 → 2 MoO3 + 2NH3 + H2O
Неочищенный триоксид можно дополнительно очистить сублимацией при 1100 ° C (2010 ° F).
Металлический молибден получают восстановлением оксида водородом:
МоО3+ 3 Н2→ Мо + 3 Н2О
Молибден для производства стали восстанавливается в результате алюмотермической реакции с добавлением железа с образованием ферромолибдена. Обычная форма ферромолибдена содержит 60% молибдена.
Такой химический элемент как молибден является достаточно редким и занимает 54 строчку по распространенности в земной коре. Средним значением содержания в земной коре является 1,5 части на миллион. Что касается морской воды и океанов, то его содержание оценивается в 10 частей на миллиард. Такое содержание делает его 25 элементом по распространенности в морской среде. Сравнительная редкость молибдена в земной коре компенсируется его концентрацией в ряде водонерастворимых руд, часто в сочетании с серой и с медью.
Молибден играет важную роль в развитии человечества. Самыми распространенными минералами содержащими молибден являются вульфенит (PbMoO4), повеллит (CaMoO4) и молибденит (MoS2).
В 2011 году мировое производство молибдена составило 250 000 тонн, крупнейшими производителями были Китай (94 000 т), США (64 000 т), Чили (38 000 т), Перу (18 000 т) и Мексика (12 000 т). Общие запасы оцениваются в 10 миллионов тонн и в основном сосредоточены в Китае (4,3 миллиона тонн), США (2,7 миллиона тонн) и Чили (1,2 миллиона тонн). По континентам 93% мирового производства молибдена примерно равномерно распределяется между Северной Америкой, Южной Америкой (в основном в Чили) и Китаем. Остальную часть производят Европа и остальные страны Азии (в основном Армения, Россия, Иран и Монголия).
По состоянию на август 2009 года стоимость молибдена составляла примерно 30 000 долларов за тонну. В период с 1997 по 2003 год цена на него поддерживалась на уровне или около 10 000 долларов за тонну, и достигла пика в 103 000 долларов за тонну в июне 2005 года.
Применение молибдена является достаточно распространенным. Около 86% добываемого молибдена используется в металлургической промышленности, а остальные приходятся на химическую промышленность.
В процентном соотношении применение молибдена можно приблизительно разделить следующим образом:
Молибден может выдерживать экстремальные температуры без значительного расширения или размягчения, что делает его полезным в условиях сильной жары, включая военную броню, детали самолетов, электрические контакты, промышленные двигатели и опоры для нитей накаливания в лампочках.
Большинство высокопрочных стальных сплавов (например, стали 41xx ) содержат от 0,25% до 8% молибдена. Даже в этих небольших количествах более 43 000 тонн молибдена ежегодно используется в нержавеющих сталях , инструментальных сталях , чугунах и жаропрочных жаропрочных сплавах.
Молибден также ценится в стальных сплавах за его высокую коррозионную стойкость и свариваемость. Молибден способствует коррозионной стойкости нержавеющих сталей типа 300 (особенно типа 316) и особенно так называемых супераустенитных нержавеющих сталей (таких как сплав AL-6XN , 254SMO и 1925hMo). Молибден увеличивает деформацию решетки, тем самым увеличивая энергию, необходимую для растворения атомов железа на поверхности. Молибден также используется для повышения коррозионной стойкости ферритных (например, сорт 444) и мартенситных (например, 1.4122 и 1.4418) нержавеющих сталей.
Кроме металлургической промышленности этот химический элемент може использоваться и в химической промышленности. Молибденовый порошок используется в качестве удобрения для некоторых растений, таких как цветная капуста. Радиоактивный изотоп молибдена-99 используется для производства технеция-99m , используемого для медицинской визуализации. Изотоп обрабатывается и хранится в виде молибдата.
Молибдат свинца (вульфенит), осажденный совместно с хроматом свинца и сульфатом свинца, представляет собой ярко-оранжевый пигмент, используемый в керамике и пластмассах.
Интересных фактов связанных с этим химическим элементом достаточно много. Стоит начать с его роли в человеческом организме. В организме человека содержится около 0,07 мг молибдена на килограмм веса тела, с более высокими концентрациями в печени и почках и более низкими в позвонках. Так же этот химический элемент является основой эмали зубов, который защищает их от разрушения. Смертельной дозой молибдена при опытах на крысах составила всего 180 мг / кг.
Низкая концентрация молибдена в почве в географической полосе от северного Китая до Ирана приводит к общему пищевому дефициту молибдена и связана с повышенным уровнем заболеваемости раком пищевода. По сравнению с США, где в почве больше молибдена, люди, живущие в этих регионах, имеют примерно в 16 раз больший риск плоскоклеточного рака пищевода.
Средняя суточная доза молибдена колеблется от 120 до 240 мкг / день, что выше диетических рекомендаций. Свинина, баранина и говяжья печень содержат примерно 1,5 миллионных долей молибдена. Другие важные диетические источники включают стручковые бобы, яйца, семена подсолнечника, пшеничную муку, чечевицу, огурцы и зерно злаков.
Ниобий, так же известный как Колумбий, является химическим элементом таблицы Менделеева с атомным номером 41 и условным обозначением Nb. Ниобий представляет собой светло-серый кристаллический и пластичный переходный металл.
История открытия ниобия является достаточно запутанной и неоднозначной. Эта история, вероятно, началась в 1734 году, когда американский исследователь Джон Уинтроп обнаружил новый минерал в Коннектикуте (США) и предположил, что он содержит новый химический элемент. Новый минерал «Американский Джон» назвал Колумбит, а сам элемент Колумбием в честь поэтического названия Соединенных Штатов Америки. Для изучения найденного минерала Джон Уинтроп отправляет его в Англию, где в 1801 году британский минеролог и химик Чарльз Хэтчет индефицировал новый химический элемент.
Изучаемый минерал представлял собой соединение Ниобия и Тантала из-за чего впоследствии возникла путанница между этими элементами. В 1809 году английский химик Уильям Хайд Волластон сравнил оксид колумбия извлеченного из колумбита и оксид тантала полученного из танталита. Ученый выявил, что эти химические элементы очень похожи и единственным отличием была плотность. Плотность минерала ниобия составляла 5.9 г/см 3, а плотность соединения тантала составила 9 г/см 3, но химик не придал этому значения и открытие этого элемента было аннулировано.
Вывод Уильяма Хайда Волластона был оспорен немецким химиком Генрихом Роузом только в 1846 году. Последний утверждал, что в образце талантита присутствует несколько новых химических элементов. В этом списке оказались ниобий, пелопий, ильмений и диан. Все эти названия обозначают детей древнегреческого персонажа «Тантала». В дальнейшем оказалось, что пелопий, ильмений и диан соответствуют ниобию и смесям ниобия и тантала.
Различия между танталом и ниобием были недвусмысленно продемонстрированы в 1864 году Кристианом Вильгельмом Бломстрандом и Анри Этьеном Сент-Клер Девиль, а также Луи Дж. Тростом, который определил формулы некоторых соединений в 1865 году и, наконец, швейцарским химиком Жаном Шарлем Галиссаром де Мариньяком в 1866 году, который все доказал и определил, что существует только два элемента. Статьи об ильмении продолжали появляться до 1871 г. Де Мариньяк был первым, кто приготовил металл в 1864 году, когда он восстановил хлорид ниобия, нагревая его в атмосфере водорода.
Добыча ниобия является достаточно сложным и трудоемким процессом и всегда происходит параллельно с добычей тантала.Ниобиевые и танталовые руды сначала перерабатываются вместе, а затем разделяются путем фракционной кристаллизации или благодаря различной растворимости в органических растворителях. Первый промышленный процесс разделения такого рода был разработан Шарлем Мариньяком в 1866 году.
Сначала руды подвергаются воздействию смеси концентрированной серной и плавиковой кислот при температуре 50 – 80 °C. Образуются легко растворимые комплексные фториды [NbF7]2– и [TaF7]2–.
Дикалиевые соли этих фторидов (например, гептафторониобат калия) могут быть образованы путем превращения их в водную фазу и добавления фторида калия. Только фторид тантала плохо растворяется в воде и выпадает в осадок. Таким образом, легко растворимый фторид ниобия можно отделить от тантала. В настоящее время обычным явлением является разделение экстракцией метилизобутилкетоном. Третья возможность разделения через фракционную перегонку с хлоридами NbCl5 и TACL5. Это происходит из-за реакции руды, кокса и хлора, которые можно наблюдать при высоких температурах.
Из отделенного фторида ниобия сначала получают пятиокись ниобия по реакции с кислородом. Его либо сначала превращают в карбид ниобия с углеродом, а затем восстанавливают до металла с дополнительным пентоксидом ниобия при 2000 °C в вакууме ,либо получают непосредственно алюмотермическим способом. Таким образом производится большая часть ниобия для сталелитейной промышленности с добавлением оксида железа для получения сплава железо-ниобий (60% ниобия). Если в качестве исходного материала для восстановления используются галогениды, это делается с использованием натрия в качестве восстанавливающего агента.
Годовая добыча ниобия в мире ежегодно составляет около 60 000 тонн. От этого количества около 90% добывается в Бразилии и 7% в Канаде. Цена сплава железа и ниобия за 1 тонну колеблется в районе 40 000 $.
Ниобий является достаточно редким химическим элементом. Его доля в земной коре составляет 1.8*10-3%. Из-за схожих ионных радиусов ниобий и тантал всегда будут родственными элементами. Самыми важными минералами ниобия являются представители серии колумбит-танталит, с общей формулой (Fe, Mn)(Nb, Ta)2O6, а так же представители группы пирохлора. Около 85–90% ниобиевой промышленности использует ниобий из месторождений, на которых не производятся танталовые руды
Другие, в основном редкие минералы:
Содержание ниобия в морской воде так же невелика и составляет 1*10-5 г/л.
Применение ниобия, не смотря на редкость этого химического элемента, является достаточно широким благодаря своим характеристикам. Ежегодно около 90% полученного ниобия используется для производства высококачественной конструкционной стали.
Такого рода стали используются в космической промышленности, военной отрасли, медицине, электротехнической промышленности, производстве драгоценных металлов и украшений.
В космической промышленности колумбий используется при производстве корпуса космических шатлов и зондов, а так же для производства корпуса сопла ракетных двигателей и турбин. Такое же применение касается и военной промышленности, где ниобий применяется в конструкции двигателей турбореактивных самолетов. В сфере медицины колумбий применяется для производства сверхпроводящих магнитов, которые в свою очередь используются в высокорезонансных томографах.
В электротехнической промышленности ниобий используется для производства сверхпроводящих радиоприемников. Так же ниобат лития широко используется в мобильных телефонах и оптических устройствах. Так же достаточно часто ниобий используют для производства украшений и памятных монет с золотом, серебром и платиной.
Ниобий так же является важным компонентом высокоэффективных гетерогенных катализаторов производства акриловой кислоты путем селективного окисления пропана. У колумбия еще множество других применений.
Интересных фактов связанных с ниобием достаточно много. Стоит начать с того, что ниобий не имеет известной биологической роли. В то время как ниобиевая пыль является раздражителем глаз и кожи и потенциально опасна из-за возможности возгорания. Элементарный ниобий в более широком масштабе физиологически инертен (и, следовательно, гипоаллергенен) и безвреден. Он часто используется в ювелирных изделиях и был протестирован для использования в некоторых медицинских имплантатах.
Большинство людей редко сталкивается с ниобийсодержащими соединениями, но некоторые из них токсичны. Кратковременное и долгосрочное воздействие ниобатов и хлорида ниобия, двух химикатов, растворимых в воде, было протестировано на крысах. Крысы, получавшие однократную инъекцию пентахлорида ниобия или ниобатов, имели среднюю смертность при дозе от 10 до 100 мг / кг.
Ниобий используется в стержнях для дуговой сварки некоторых стабилизированных марок нержавеющей стали и в анодах для систем катодной защиты некоторых резервуаров с водой, которые затем обычно покрываются платиной.
Как говорилось выше, Ниобий используется как драгоценный металл в памятных монетах, часто с серебром или золотом. Например, Австрия выпустила серию серебряных монет евро с ниобием, начиная с 2003 г. Цвет этих монет создается за счет дифракции света на тонком слое анодированного оксида. В 2012 году доступно десять монет с изображением самых разных цветов в центре монеты: синего, зеленого, коричневого, пурпурного, фиолетового или желтого. Еще два примера является австрийская железнодорожная памятная монета от 2004 года и австрийская монета 25€ от 2006 года в честь Европейской спутниковой навигационной системы. Австрийский монетный двор произвел для Латвии аналогичную серию монет, начиная с 2004 года. В 2011 году Королевский монетный двор Канады начал производство 5-долларовой монеты из серебра и ниобия под названием «Луна Хантера» в котором ниобий был избирательно окислен, что позволило создать уникальную отделку, в которой нет двух абсолютно одинаковых монет.
Цирконий является химическим элементом таблицы Менделеева с атомным номером 40 и условным обозначением Zr. Цирконий представляет собой блестящий серебристо-белый прочный переходной металл.
Читать далее Цирконий как химический элемент таблицы Менделеева
Иттрий является химическим элементом таблицы Менделеева с атомным номером 39 и условным обозначением Y. Иттрий представляет собой серебристо-металлический переходной металл.
История открытия Иттрия начинается в 1787 году. Шведский офицер и по совместительству химик Карл Аксель Аррениус нашел тяжелую черную породу в старом карьере недалеко от шведской деревни Иттерби, которая сейчас является частью Стокгольмского архипелага. Он предположил, что этот минерал содержит недавно открытый вольфрам и назвал его иттербитом. Образцы минерала Аррениус отправил нескольким химикам для анализа.
В 1789 году финский химик и минеролог Йохан Гадолин индефицировал новый оксид в образце Аррениуса. Свой доклад, он опубликовал только 1794 году. Андерс Густав Экеберг спустя три года подтвердил индефикацию нового химического элемента в соединении и назвал его оксидом Иттрия. Спустя десятилетие Антуаном Лавуазье был открыт факт возможности выделения элементарных химических элементов. Именно поэтому открытие этого химического элемента можно приписать Карлу Аррениусу.
Первое в истории выделение Иттрия приписывается немецкому химику Фридриху Вёлеру в 1828 году. Выделение этого химического элемента было осуществлено путем реакции летучего хлорида. В 1843 году шведский химик Карл Густав Мосандер выявил, что образцы иттрия содержали три оксида: белый оксид иттрия, желтый оксид тербия (в то время его называли «эрбия», что сбивает с толку) и оксид эрбия розового цвета. В последующие годы из минерала шведского офицера было выделено еще 7 новых химических элементов.
Добыча такого химического элемента как Иттрий является достаточно сложным и трудоемким процессом. Так как этот химический элемент по своему составу подобен лантаноидам, он встречается в тех же рудах редкоземельных минералов. Существует небольшое различие между легкими (LREE) и тяжелыми (HREE) редкоземельными соединениями. Иттрий сконцентрирован в группе HREE из-за его размеров иона, хотя атомная масса его меньше.
Все редкоземельные элементы поступают в большей своей части из 4 источников:
Способов получения Иттрия достаточно много. Одним из них являетя растворение оксида иттрия в серной кислоте и его фракционирование с помощью хронообменной хроматографии. При добавлении щавелевой кислоты оксалат иттрия выпадает в осадок. Оксалат превращается в оксид при нагревании в кислороде. При взаимодействии полученного оксида иттрия с фтористым водородом получается фторид иттрия. Когда соли четвертичного аммония используются в качестве экстрагентов, большая часть иттрия остается в водной фазе.
Когда противоион представляет собой нитрат легкие лантаноиды удаляются, а когда противоионом является тиоцианат, удаляются тяжелые лантаноиды. Таким образом получают соли иттрия чистотой 99,999%. В обычной ситуации, когда иттрий находится в смеси, которая на две трети состоит из тяжелого лантаноида, иттрий следует удалить как можно скорее, чтобы облегчить разделение оставшихся элементов.
Годовое производство иттрия в 2001 году составило порядка 600 тонн, а в 2014 году достигло 6500 тонн. Мировые запасы оксида иттрия оцениваются в 450 000 тонн. Ведущими странами по запасам этого химического элемнта являются Австралия, Бразилия, Китай, Индия и США.
Распространенность иттрия является не особо широкой. Этот элемент встречается в большинстве редкоземельных минералов, в некоторых видах урановых руд, но в чистом виде еще не был обнаружен. Содержание иттрия в земной коре оценивается как 31 миллионная доля. Это делает иттрий 28 элементом по содержанию в земной коре. В почве его содержание оценивается от 10 до 150 частей на миллион, а в морской воде содержание иттрия приближается к 9 частям на миллион.
Иттрий не имеет известной биологической роли, хотя он обнаружен в большинстве, если не во всех, организмах и имеет тенденцию концентрироваться в печени, почках, селезенке, легких и других человеческих органах. Обычно во всем теле человека содержится всего 0,5 миллиграмма (0,0077 г) этого элемента, а содержание в грудном молоке около 4 промилле. Иттрий содержится в съедобных растениях в концентрациях от 20 до 100 частей на миллион (в сыром виде), причем больше всего в капусте. Семена древесных растений, содержащие до 700 частей на миллион, имеют самые высокие из известных концентраций.
По состоянию на апрель 2018 г.есть сообщения об обнаружении очень больших запасов редкоземельных элементов на крошечном японском острове. Согласно исследованию, опубликованному в Scientific Reports, остров Минами-Торишима, также известный как остров Маркуса, обладает «огромным потенциалом» для редкоземельных элементов и иттрия (REY). Исследование показывает, что более 16 миллионов коротких тонн(15 миллиардов килограммов) редкоземельных элементов могут быть «освоены в ближайшем будущем». Включая иттрий (Y), который используется в таких продуктах, как линзы для фотоаппаратов и экраны мобильных телефонов, найденные редкоземельные элементы — это европий (Eu), тербий (Tb) и диспрозий (Dy).
Красный компонент электронно-лучевых трубок для цветного телевидения обычно излучается оксидом иттрия (Y
2О3) или сульфид оксида иттрия (Y2О2S). Кристаллическая решетка, легированного с европия (III) катиона (Eu 3+ ) люминофоров. Сам красный цвет излучается европием, в то время как иттрий собирает энергию от электронной пушки и передает ее люминофору. Соединения иттрия могут служить решетками-хозяевами для легирования различными катионами лантаноидов. Tb3+ можно использовать в качестве легирующего агента для получения зеленой люминесценции . Как таковые соединения иттрия, такие как иттрий-алюминиевый гранат (YAG), полезны для люминофоров и являются важным компонентом белых светодиодов.
Иттрий так же используется в качестве спекающей добавки при производстве пористого нитрида кремния. Иттриевые соединения используются для полимеризации этилена. Кроме этого этот химический элемент используется в некоторых электродах высокопроизводительных свечей зажигания.
Небольшие количества иттрия (от 0,1% до 0,2%) использовались для уменьшения размера зерен хрома, молибдена, титана и циркония. Иттрий используется для повышения прочности алюминиевых и магниевых сплавов. Добавление иттрия в сплавы обычно улучшает обрабатываемость, добавляет сопротивление высокотемпературной рекристаллизации и значительно повышает устойчивость к высокотемпературному окислению.
Иттрий можно использовать для раскисления ванадия и других цветных металлов. Иттрий стабилизирует кубическую форму диоксида циркония в ювелирных изделиях.
Иттрий был изучен как узелковый агент в высокопрочном чугуне, который превращает графит в компактные конкреции вместо хлопьев для повышения пластичности и сопротивления усталости. Имея высокую температуру плавления, оксид иттрия используется в некоторых керамических и стеклянных изделиях для придания ударопрочности и свойств низкого теплового расширения. Те же свойства делают такое стекло полезным в объективах фотоаппаратов.
Интересных фактов связанных с иттрием достаточно много. Стоит начать с того, что содержание иттрия в земной коре в 200 раз больше, чем серебра. Радиоактивный изотоп иттрия-90 использовался в медицинских целях для лечения разных видов рака, включая лимфому, лейкоз, рак печени, толстой кишки, яичников и многих других.
В настоящее время биологическая роль иттрия в организме человека неизвестна, но он может быть очень токсичным для людей, животных и растений. В экспериментах на животных иттрий и его соединения вызывали повреждение легких и печени, хотя токсичность варьируется в зависимости от различных соединений иттрия. У крыс вдыхание цитрата иттрия вызывало отек легких и одышку , а вдыхание хлорида иттрия вызывало отек печени, плевральный выпот и гиперемию легких.
Воздействие соединений иттрия на человека может вызвать заболевание легких. Рабочие, подвергавшиеся воздействию переносимой по воздуху пыли ванадата иттрия европия, испытывали легкое раздражение глаз, кожи и верхних дыхательных путей, хотя это могло быть вызвано содержанием ванадия, а не иттрия. Резкое воздействие соединений иттрия может вызвать одышку, кашель, боль в груди и цианоз. Управление по безопасности и гигиене труда (OSHA) ограничивает воздействие иттрия на рабочем месте до 1 мг / м3 в течение 8-часового рабочего дня.
Стронций является химическим элементом с атомным номером 38 и условным обознаяением Sr. Стронций представляет собой серебристо-белый с желтоватым оттенком щелочной металл.
Читать далее Стронций как химический элемент таблицы Менделеева
Рубидий является химическим элементом таблицы Менделеева с атомным номером 37 и условным обозначением Rb. Рубидий представляет собой очень мягкий серебристо-белый металл из группы щелочных металлов.
Читать далее Рубидий как химический элемент таблицы Менделеева
