рефераты и курсовые бесплатно >>> биология, химия

 

Иридий - Все цвета радуги

 

Иридий - Все цвета радуги

С.И. Венецкий

14 июля 1789 года восставший люд Франции штурмом взял Бастилию - началась Великая французская революция. Наряду со многими декретами и постановлениями, носившими политический, социальный, экономический характер, революционное правительство приняло решение ввести четкую метрическую систему мер. По предложению комиссии, в которую вошли авторитетные ученые, в качестве единицы длины - метра - была принята одна десятимиллионная часть четверти длины парижского географического меридиана. В течение пяти лет Ж. Деламбр и П. Мешен - наикрупнейшие мастера в области астрономии и геодезии - проводили скрупулезные измерения дуги меридиана от Дюнкерка до Барселоны.

В 1797 году расчеты были завершены, а спустя два года изготовили первый образец метра - платиновую линейку, получившую заглавие "метр архива", либо "архивный метр" (по месту хранения). За единицу массы - килограмм - приняли массу одного кубического дециметра воды (при 4 °С), взятой из Сены. Образцом килограмма стала платиновая цилиндрическая гиря.

С годами, но, выяснилось, что естественные прототипы этих эталонов - парижский меридиан и вода из Сены - не совсем удобны для воспроизведения, да и к тому же не различаются примерным постоянством. Такие "грехи" ученые-метрологи сочли непростительными. В 1872 году интернациональная метрическая комиссия решила отрешиться от услуг природного прототипа длины: эту почетную роль доверили "архивному метру", по виду и подобию которого изготовили 31 образец в виде брусков, но уже не из незапятанной платины, а из сплава её с иридием (10%). Через 17 лет подобная участь поняла и воду из Сены: прототипом килограмма была утверждена гиря, выполненная из того же платиноиридиевого сплава, а международными образцами стали 40 её чётких копий.

Иридий не случаем оказался союзником платины в эталонном сплаве. Требования к этому материалу совсем высоки: он обязан обладать необычайно большой прочностью и твердостью, быть тугоплавким и износостойким, не знать ужаса перед коррозией и совсем не реагировать на конфигурации температуры. Сама платина не может сдать на "непревзойденно" все эти экзамены, а вот её сплав с иридием искрометно выдерживает тяжелое испытание уже в течение столетия. Правда, за это время "архивный метр" обязан был уйти в отставку (в 1960 году образцом метра стала длина, равная 1650763,73 длины волны оранжевого излучения атома изотопа криптона-86), но самый основной в мире килограмм по-прежнему остается в строю.

Служба мер и весов - отнюдь не единственное занятие платиноиридиевых сплавов. Из них делают жаростойкие тигли, которые безболезненно переносят мощный нагрев в агрессивных средах; в таковых тиглях, в частности, выращивают кристаллы для лазерной техники. С почтением относятся к этим сплавам и ювелиры: они охотно изготовляют из них красивые изделия, постоянно пользующиеся огромным спросом.

Детали химической аппаратуры и точнейших устройств, электроконтакты, хирургические инструменты, пружины, лабораторная посуда - вот далеко не полный послужной перечень сплавов платины с иридием.

Несколько лет назад этим сплавам предложили новенькую ответственную роль: из них были изготовлены зажимы электродов электрических стимуляторов сердечной деятельности. Электроды вживляются в сердце человека, страдающего стенокардией; в теле больного находится и крохотный приемник, присоединенный к электродам и генератору с кольцевой антенной, закрепляемой на теле рядом с приемником (генератор же может размещаться, к примеру, в кармане костюма). Как лишь начинается приступ стенокардии, больной включает генератор. Поступающие при этом в кольцевую антенну импульсы передаются в приемник, из него - на электроды, а потом через платиноиридиевые зажимы - на нервы, которые принуждают сердце работать активнее.

Многие ценные характеристики присущи и сплавам иридия с другими сплавами. Обширно известен природный сплав осмия и иридия - осмиридий (подробно о нем поведано в очерке об осмии "Обида благородного сплава"). Незначительные добавки иридия к вольфраму и молибдену разрешают им сохранять крепкость при больших температурах. Титан и хром без посторонней помощи снискали себе репутацию стойких борцов с кислотами, но иридий смог повысить и без того высокие их антикислотные "личные рекорды".

Быть может, у читателя сложилось впечатление, что иридий удачно выступает только как "соучастник" больших дел. Совершенно нет: ему по плечу и хорошие "сольные номера". У этого серебристо-белого сплава не лишь приятная наружность, но и красивые физические данные. Он владеет значимой твердостью и прочностью, стойко сопротивляется высоким температурам, износу и иным опасным воздействиям. Его характерная черта-совсем крупная плотность (22,4 г/см3). В этом отношении он уступает только своему наиблежайшему другу-осмию. Совместно с другими членами семейства платины иридий относится к благородным сплавам. Столь авторитетное происхождение обеспечивает ему независящее положение в обществе всех кислот, которые не в силах подействовать на него ни при обыкновенной, ни при завышенной температурах. Даже встреча с таковой коварной и едкой особой, как царская водка, проходит для иридия бесследно, не оставляя никаких печальных воспоминаний. К огорчению, этого не скажешь о расплавленных щелочах и перекиси натрия - им иридий противостоять не в силах.

Несомненное достоинство иридия - его способность фактически вечно сохранять свои ценные характеристики, как бы ни изменялись окружающие условия. Если бы не высокая цена (он дороже самой платины!), Перед ним были бы распахнуты двери во многие сферы научной и инженерной деятельности человека. Пока же таковая роскошь ученым и конструкторам частенько не по карману, и поэтому иридий работает сейчас только там, где он фактически незаменим. Так, из этого сплава изготовляют лабораторные тигли для проведения опытов с грозным фтором и его агрессивными соединениями. Из иридия делают также мундштуки для выдувания тугоплавкого стекла. Для измерения больших температур (2000- 2300 °С) сконструирована термопара, электроды которой выполнены из иридия и его сплава с рутением либо родием. Пока таковой термопарой пользуются только в научных целях, а на пути внедрения её в индустрия стоит все тот же барьер - высокая цена.

очень перспективны прочные и износостойкие иридиевые покрытия. Сейчас их используют реже, чем, скажем, платиновые, палладиевые, родиевые. Это разъясняется, пожалуй, до этого всего технологическими трудностями, возникающими при нанесении иридия на остальные сплавы. Иридиевое покрытие можно получить электролитическим методом из расплавленных цианидов калия и натрия при 600 °С.

Несколько проще другой метод-плакирование. В этом случае на тот либо другой сплав накладывают узкий слой иридия, а потом образовавшийся "бутерброд" попадает под горячий пресс, в итоге чего покрытие прочно прилипает к основному сплаву. Сходным методом изготовляют и иридированную проволоку: на заготовку из вольфрама либо молибдена надевают "рубаху" - иридиевую трубку и горячей ковкой с последующим волочением получают биметаллическую проволоку подходящей толщины. Таковая проволока служит для производства управляющих сеток в электронных лампах.

Разработан и химический метод нанесения иридиевых покрытий на сплавы и керамику. При этом на поверхность изделия наносят раствор комплексной соли иридия, к примеру с фенолом либо иным органическим соединением, и в контролируемой атмосфере нагревают изделие до 350 - 400 °С: органическое вещество улетучивается, а слой иридия остается.

В чистом виде или в союзе с другими сплавами иридий находит применение в химической индустрии: иридиево-никелевые катализаторы помогают получать пропилен из ацетилена и метана; платиновые катализаторы, в состав которых входит иридий, ускоряют реакцию образования оксидов азота в процессе получения азотной кислоты.

совсем красивы и разнообразны по цвету соли иридия. Практической полезности эта краса пока не приносит, но зато конкретно ей элемент должен своим заглавием. В 1804 году английский химик Смитсон Теннант, исследуя темный порошок, остающийся после растворения самородной платины в царской водке, открыл в нем два новейших элемента. Соли одного из них были покрашены практически во все цвета радуги.

Теннанту не пришлось долго разламывать голову в поисках подходящего для него имени: элемент был назван иридием, так как по-гречески "ириоэйдес" - радужный.

Судьбы платиновых металлов переплелись так тесновато, что рассказ об одном из них немыслим без упоминания о остальных. В 1840 году доктор Казанского института К.К. Клаус заинтересовался неуввязками переработки уральской платиновой руды. По его просьбе петербургский Монетный двор прислал ему пробы платиновых остатков - нерастворимого осадка, образующегося после обработки сырой платины царской водкой. "При самом начале работы, - писал позже ученый, - я был удивлен богатством моего остатка, ибо извлек из него, не считая 10% платины, большое количество иридия, родия, осмия, несколько палладия и смесь разных металлов особого содержания..."

Если в первое время Клаус ставил перед собой только чисто практическую мишень - отыскать метод переработки остатков платиновой руды в платину, то уже скоро эти исследования заполучили более глубочайший научный характер и полностью захватили ученого. "Два полных года, - вспоминал Клаус, - я кряхтел над этим с ранешнего утра до поздней ночи, жил лишь в лаборатории, там обедал и пил чай, и при этом стал страшным эмпириком".

Последнее утверждение имело вполне конкретный смысл: по словам А.М. Бутлерова - ученика Клауса, тот "имел привычку... При растворении платиновых руд в царской водке мешать жидкость прямо всеми пятью пальцами и определял крепость непрореагировавших кислот на вкус".

Впрочем, это было свойственно не лишь Клаусу, но и иным химикам старой школы, которые, получив какое-или вещество, постоянно "дегустировали" его (до середины XIX века при описании параметров вещества нужно было указать и его вкус), подвергая себя большой угрозы: так, известный шведский ученый Карл Шееле умер, попробовав на вкус полученную им безводную синильную кислоту.

Труды Клауса увенчались фуррором: метод переработки платиновых остатков был найден, и сейчас ученому предстояло ехать в Петербург, чтоб сказать об этом министру денег Е. Ф. Канкрину, заинтересованному в успешном решении трудности. Для поездки в столицу Клаус обязан был занять 90 рублей у одного из собственных друзей (вернуть долг ученый сумел только спустя несколько лет, когда заполучил всемирную известность). По приезде в Петербург Клаус был уже через два дня принят министром и добился от него санкции на получение нужных для продолжения исследований материалов. Ему были выданы 1/2 фунта платиновых остатков и 1/4 фунта сырой платины.

возвратившись в Казань, ученый вновь с головой окунулся в работу, которая длилась много лет и дала блестящие результаты. Важнейшим из них стало открытие в 1844 году неизвестного ранее химического элемента - последнего "российского члена платинового семейства".

"Уже при первой работе, - писал Клаус, - я заметил присутствие нового тела, но поначалу не нашел метода отделения его от примесей. Более целого года трудился я над этим предметом, но наконец открыл легкий и верный метод добывания его в чистом состоянии. Этот новый сплав, который назван мною рутением в честь нашего отечества (от латинского наименования России - С. В.), Принадлежит без сомнения к телам очень любознательным".

Но открытие Клауса не сходу получило признание. Первые пробы соединений нового элемента ученый послал в Стокгольм Й.Я. Берцелиусу, пользовавшемуся большущим авторитетом у всех химиков. Каково же было разочарование Клауса, когда он вызнал, что, по мнению этого маститого ученого, присланное ему вещество не содержит новый элемент, а представляет собой плохо очищенное соединение иридия.

Убежденный в собственной правоте Клаус опять и опять проводил опыты, забывая порой об элементарных мерах защиты. Правда, спустя несколько лет ученый предупреждал собственных коллег: "При работе с осмиевым иридием надобно остерегаться от паров осмиевой кислоты. Это очень летучее вещество принадлежит к самым вредным телам и действует в большей степени на легкие и на глаза, производя сильнейшие воспаления.

Я много вытерпел от нее". очень велико было желание Клауса убедить научный мир в том, что вправду открыт новый элемент, и он, наконец, смог это сделать. Препараты соединений рутения опять были посланы Берцелиусу, и тот, проведя тщательные исследования, сообразил, что до этого ошибался в собственных выводах.

"Примите мои искренние поздравления с превосходными открытиями и изящной их обработкой, - писал он Клаусу, - благодаря им Ваше имя будет неизгладимо начертано в истории химии".

Итогом напряженной работы Клауса стал опубликованный в 1845 году труд "Химическое исследование остатков уральской платиновой руды и сплава рутения", в котором в первый раз были всесторонне описаны и характеристики иридия, причем сам Клаус отмечал, что иридием он занимался больше, чем другими сплавами платиновой группы. Рекомендации ученого стали научной базой для сотворения технологии получения иридия и остальных платиноидов. В наше время незапятнанный иридий выделяют из самородного осмиридия и из остатков платиновых руд, но до этого из них, действуя различными реагентами, извлекают платину, осмий, палладий и рутений и только после этого наступает очередь иридия. Полученный при этом порошок или прессуют в полуфабрикаты и сплавляют, или переплавляют в электрических печах в атмосфере аргона. При обыкновенной температуре иридий хрупок и не поддается никакой обработке, но в горячем состоянии он более "сговорчив" и дозволяет себя ковать.

Природа бедна иридием: земные запасы его не превосходят миллионных долей процента. Во всех странах мира за год делается не более тонны этого сплава. Но энтузиазм ученых к нему не ослабевает. Все новейшие и новейшие области внедрения находят, в частности, радиоактивные изотопы иридия. Так, не так давно мастера центра атомных исследований в Кадараше (Франция) разработали гамматрон - чуткий устройство, позволяющий бдительно смотреть за состоянием мостов, плотин и остальных сооружений из железобетона: под действием палитра-лучей радиоактивного иридия-192 на стеклянной пластинке, покрытой светочувствительным слоем, возникает четкое изображение "внутренностей" контролируемых узлов и деталей. С помощью схожих дефектоскопов проверяют качество металлических изделий и сварных швов: на фотопленке фиксируются все пустоты, непроваренные места и инородные включения. В доменном производстве малогабаритные контейнеры с тем же изотопом иридия служат для контроля уровня материалов в печи.

Поскольку часть испускаемых палитра-лучей поглощается шихтой, по степени ослабления потока можно довольно точно найти, какое расстояние лучам пришлось "пробираться" через шихту, т.Е. Выяснить её уровень.

Кстати, об изотопах. Кроме уже известного вам иридия-192, имеется еще 14 радиоактивных изотопов этого элемента с массовыми числами от 182 до 198. У самого тяжелого изотопа - самая маленькая жизнь: его период полураспада меньше минуты. Любопытно, что период полураспада иридия-183 - ровно час. Стабильных же изотопов у элемента всего два - иридий-191 и иридий-193. На долю более "весомого" из них в природной смеси приходится приблизительно 62% атомов.

С изотопом иридия связано открытие так называемого эффекта Мёссбауэра, на котором основаны поразительно чёткие способы измерения малых величин и слабых явлений, обширно применяемые в физике, химии, биологии, геологии. Этот эффект (либо, выражаясь строго научно, резонансное ядерное поглощение палитра-квантов в жестких телах без отдачи) был найден юным физиком из ФРГ Рудольфом Мёссбауэром в 1958 году.

За несколько лет до этого, когда учеба в Высшем техническом училище в Мюнхене подходила к концу, он стал подыскивать тему для дипломной работы. Один из профессоров любезно предложил студенту длинный список тем. Как вспоминает сам Мёссбауэр, ни одна из них не пришлась ему по вкусу, не считая последней (кстати, тринадцатой по счету), основное достоинство которой, по мнению грядущего физика, заключалось в том, что он не имел о ней ни мельчайшего представления. Речь шла о резонансном поглощении палитра-квантов атомными ядрами. "Самым основным, - вспоминает физик, - было то, что меня ткнули носом в это дело".

И "это дело" пошло на лад. Поначалу был защищен диплом, спустя два года пришел черед диссертации, а еще через год состоялось открытие. Работая в Гейдельберге, в Институте медицинских исследований имени Макса Планка, ученый продолжал заниматься резонансным поглощением. Особым счетчиком он определял число палитра-квантов, прошедших через металлический иридий, точнее, через один из его изотопов; источниками этих палитра-квантов были возбужденные атомные ядра того же самого изотопа. Ядра, пребывающие в обычном состоянии, могут также "возбудиться", но для этого они обязаны, поглотив палитра-квант, получить такое количество энергии, которое в точности соответствует разности меж энергиями ядра в возбужденном и основном состояниях (это поглощение и именуется резонансным). традиционно же энергия палитра-квантов оказывается чуток меньше, чем необходимо, так как часть её пропадает при испускании на отдачу испускающего ядра (нечто схожее происходит, к примеру, при выстреле из пушки либо ружья).

чтоб устранить некие побочные процессы, способные исказить результаты опытов, Мёссбауэр решил охладить иридий до температуры жидкого азота. При этом он полагал, что из-за уменьшения скорости движения ядер резонансное поглощение уменьшится, а число прошедших через иридий палитра-квантов соответственно возрастет (того же представления придерживались и остальные физики). К удивлению экспериментатора все оказалось напротив. В чем же причина?

Ученый делает вывод: в жестких телах при довольно низкой температуре отдачу принимает не отдельное ядро, а все вещество в целом, и поэтому утраты энергии на отдачу исчезающе малы, т. Е. Энергия палитра-кванта точно равна разности энергии ядра в возбужденном и основном состояниях. Это открытие было признано одним из более принципиальных научных событий нашего времени (в 1961 году Мёссбауэр удостоен Нобелевской премии).

сейчас эффект Мёссбауэра найден уже на нескольких десятках частей, но история науки навсегда связала открытие этого важнейшего физического явления с героем нашего рассказа - иридием.

перечень литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.alhimik.ru/


 
Еще рефераты и курсовые из раздела
Деление клеточки. Митоз
Реферат по биологии Деление клеточки. Митоз Выполнил ученик школы №182 11Ж класса: Ермолаев Юра. Проверила Людмила Константиновна. Москва...

История развития Генетики
Содержание Введение I. Зарождение хромосомной теории наследственности 1. Опыты по гибридизации растении. Скопление сведении о наследуемых признаках. 2. Умозрительные...

Гомо сапиенс и геном
Гомо сапиенс и геном Кандидат биологических наук Игорь Лалаянц Прямохождение — плюсы и минусы Помню своё удивление, когда на страничках любимого журнальчика, в...

Стратегии эволюции и кислород
Стратегии эволюции и кислород В.П. Скулачев Так некогда в разросшихся хвощах Ревела от сознания бессилья Тварь скользкая, почуяв на плечах ...

Все наилучшее от природы (пчелы и их продукция)
Управление образования города Ленинск-Кузнецкого Кемеровской области Проект «Все наилучшее от природы» Автор Гетц Н.- 10А класса управляющий...