Химические элементы

Химические элементы

D-элементы

D-элементы
Ниобий

НиобийНиобий

Нио́бий (лат. Niobium), Nb, химический элемент V группы короткой формы (5-й группы длинной формы) периодической системы; атомный номер 41; атомная масса 92,90638 а. е. м. В природе один стабильный изотоп 93Nb; искусственно получены радиоизотопы с массовыми числами 81–113. Открыт в 1801 г. английским химиком Ч. Хатчеттом и назван «колумбием» (по происхождению минерала, из которого был выделен в виде оксида). Феррониобий применяют в чёрной металлургии для производства микролегированных и нержавеющих сталей, а также суперсплавов. Чистый ниобий используют для получения жаропрочных и коррозионностойких сплавов c Zr для атомной и авиакосмической промышленности, получения прецизионных сплавов для сверхпроводников. В виде проката и проволок ниобий используют в электронной промышленности, в виде дисперсного порошка – в высокоёмких электролитических конденсаторах, как катализатор органических реакций. Чистый Nb2O5 используют для получения оптических материалов, монокристаллов ниобата лития, высокотемпературных пигментов. Карбид NbC применяют для изготовления керамических нагревателей.
Ванадий

ВанадийВанадий

Вана́дий (лат. Vanadium), V, химический элемент V группы короткой формы (5-й группы длинной формы) периодической системы; атомный номер 23, атомная масса 50,9415. Природный ванадий содержит 99,76 % стабильного изотопа 51V и 0,24 % слаборадиоактивного 50V (K-захват, период полураспада T1/2 3,25·1014 лет); искусственно получены радиоактивные изотопы с массовыми числами 40–64, важнейший из которых 48V (K-захват и β-распад, T1/2 16 сут). Ванадий относится к микроэлементам, его содержание в тканях растений до 0,2 %, животных – около 2·10–7 %. Ванадий в основном используют как легирующий компонент специальных конструкционных ванадийсодержащих сталей, обладающих хорошей ковкостью, прочностью, сопротивлением усталости и износоустойчивостью. В химической промышленности соединения ванадия применяют как катализаторы. 48V – радиоактивный индикатор.
Палладий

Палладий (химический элемент)Палладий (химический элемент)

Палла́дий (лат. Palladium), Pd, химический элемент VIII группы короткой формы (10-й группы длинной формы) периодической системы; атомный номер 46, атомная масса 106,42; относится к платиновым металлам. Природный палладий состоит из шести стабильных изотопов: 102Pd (1,02 %), 104Pd (11,14 %), 105Pd (22,33 %), 106Pd (27,33 %), 108Pd (26,46 %), 110Pd (11,72 %). Палладий относится к редким элементам; содержание в земной коре составляет 1·10–6 % по массе. Главным производителем палладия в мире является Россия, определяющая также конъюнктуру рынка этого металла. Основные области применения палладия – катализ (палладиевые катализаторы применяются в химической и нефтехимической промышленности, в автомобильном транспорте для очистки выхлопных газов), электроника, электротехника, а также медицина (в частности, широко используются стоматологические палладийсодержащие сплавы). Перспективная область применения палладия – ювелирная промышленность.
Марганец

МарганецМарганец

Ма́рганец (лат. Manganum), Mn, химический элемент VII группы короткой формы (7-й группы длинной формы) периодической системы; атомный номер 25, атомная масса 54,938045; относится к переходным элементам. В природе представлен одним стабильным изотопом 55Mn; искусственно получены радиоизотопы с массовыми числами 44–69. Марганец относится к микроэлементам: необходим для правильного развития клеток биологических тканей, влияет на рост костей, образование гормонов щитовидной железы, функцию центральной нервной системы и половых желёз, репродуктивную функцию; является активатором ряда ферментов, участвует в окислительно-восстановительных процессах фотосинтеза и других биохимических процессах. Около 90 % получаемого марганца используется в чёрной металлургии для легирования, раскисления и десульфурации стали. Марганец применяется также при выплавке различных сплавов, не содержащих железа. Многие соединения марганца токсичны, поражают центральную нервную систему и другие органы, попадая в организм главным образом через дыхательные пути.
Гафний

ГафнийГафний

Га́фний (лат. Hafnium), Hf, химический элемент IV группы короткой формы (4-й группы длинной формы) периодической системы, переходный металл, атомный номер 72, атомная масса 178,49. Природный гафний состоит из 6 изотопов – слаборадиоактивного 174Hf (0,16 %, -излучатель, период полураспада Т1/2 2·1015 лет) и стабильных: 176Hf (5,26 %), 177Hf (18,60 %), 178Hf (27,28 %), 179Hf (13,62 %) и 180Hf (35,08 %). Положение гафния в периодической системе предсказано Д. И. Менделеевым в 1870 г. Элемент был обнаружен Г. К. фон Хевеши и нидерландским физиком Д. Костером в 1923 г. Соединения гафния применяют при изготовлении органов регулирования ядерных реакторов, защитных контейнеров, боксов и экранов при хранении, транспортировке и переработке ядерного топлива, при изготовлении керамики, фторидных стёкол, в виде износостойких покрытий инструментов, лопаток газовых турбин. Интерметаллические соединения гафния с Со и Ni – основа катализаторов гидрогенизации и гидрогенолиза органических соединений.
Кадмий

КадмийКадмий

Ка́дмий (лат. Cadmium), Cd, химический элемент II группы короткой формы (12-й группы длинной формы) периодической системы, атомный номер 48, атомная масса 112,411. В природе восемь стабильных изотопов: 106Cd (1,25 %), 108Cd (0,89 %), 110Cd (12,49 %), 111Cd (12,80 %), 112Cd (24,13 %), 113Cd (12,22 %), 114Cd (28,73 %), 116Cd (7,49 %). Искусственно получены радиоизотопы с массовыми числами 97–130. Открыт в 1817 г. немецким химиком Ф. Штромейером при анализе химических препаратов оксида цинка. Кадмий используют для нанесения антикоррозионных покрытий на металлы, изготовления электродов для аккумуляторов, получения пигментов, изготовления специальных припоев, полупроводниковых материалов, стабилизаторов пластмасс, регулирующих и аварийных стержней ядерных реакторов, как компонент антифрикционных, легкоплавких и ювелирных сплавов. Пары́ кадмия и его соединений токсичны. Растворимые соединения кадмия при попадании внутрь организма поражают центральную нервную систему, печень и почки.
Вольфрам

ВольфрамВольфрам

Вольфра́м (лат. Wolframium), W, химический элемент VI группы короткой формы (6-й группы длинной формы) периодической системы; атомный номер 74, атомная масса 183,84. В природе пять стабильных изотопов: 180W (0,12 % по массе), 182W (26,5 %), 183W (14,31 %), 184W (30,64 %) и 186W (28,43 %). Вольфрам открыт и выделен в виде оксида WO3 в 1781 г. К. Шееле при обработке кислотами минерала, называемого ныне шеелитом. До 30 % получаемого вольфрама используют в производстве легированных сталей. Примерно 50–60 % вольфрама расходуется на производство износостойких, жаропрочных и твёрдых сплавов (последние обычно содержат WC, а также Co). Чистый вольфрам применяется в электротехнике, радиоэлектронике, рентгенотехнике (для изготовления нитей накаливания электроламп, электродов рентгеновских трубок, нагревателей высокотемпературных печей, катодов генераторных ламп, сеток, подогревателей катодов и пр.).
Осмий

ОсмийОсмий

О́смий (лат. Osmium), Os, химический элемент VIII группы короткой формы (8-й группы длинной формы) периодической системы; атомный номер 76, атомная масса 190,23; относится к платиновым металлам. В природе шесть стабильных изотопов: 184Os (0,02 %), 187Os (1,96 %), 188Os (13,24 %), 189Os (16,15 %), 190Os (26,26 %), 192Os (40,78 %) и один слаборадиоактивный – 186Os (1,59 %, α-излучатель с периодом полураспада Т1/2 2·1015 лет). Элемент открыт в 1804 г. английским химиком С. Теннантом, который совместно с У. Волластоном разделил минерал осмирид, входящий в состав платиновой руды. Осмий используют в виде сплавов с другими платиновыми металлами для изготовления устойчивых к истиранию деталей точных инструментов, электрических контактов, медицинских имплантатов, катализаторов. Сплавы с Mo или W применяют в термоионных генераторах. Некоторые изотопы осмия используют для ядерного синтеза клинических источников излучения, 187Os – для калибровки масс-спектрометров. OsO4 ограниченно применяют в органическом синтезе, для окрашивания тканей в биологии, для обнаружения скрытых отпечатков пальцев, усиления контраста при электронно-микроскопических исследованиях.
Платина

ПлатинаПлатина

Пла́тина (лат. Platinum), Pt, химический элемент VIII группы короткой формы (10-й группы длинной формы) периодической системы; атомный номер 78, атомная масса 195,084; относится к платиновым металлам. Самородная платина использовалась для изготовления ремесленных изделий в Древнем Египте, Эфиопии, Южной Америке. В чистом виде металл впервые выделен У. Волластоном в 1803–1804 гг. Основные области применения платины, её соединений и платиновых сплавов – автомобилестроение, электротехника и электроника, нефтехимический и органический синтез, стекольная промышленность, измерительная техника. Платину используют также для производства лабораторной посуды, в качестве анодов промышленных и лабораторных электролизёров, сплавы платины – для изготовления хирургических инструментов и постоянных магнитов. В виде наночастиц платину применяют как электрокатализатор в топливных элементах. Значительная часть платины используется в производстве ювелирных изделий.
Молибден

МолибденМолибден

Молибде́н (лат. Molybdaenum), Mo, химический элемент VI группы короткой формы (6-й группы длинной формы) периодической системы; атомный номер 42, атомная масса 95,94; относится к переходным элементам. В 1778 г. К. Шееле, исследуя молибденит, выделил оксид неизвестного элемента и назвал новый элемент молибден (от названия минерала). Молибден относится к жизненно необходимым микроэлементам. Около 75 % производимого молибдена используют для легирования сталей; остальное количество – как компонент жаропрочных и антикоррозионных сплавов, для изготовления деталей электровакуумных приборов и испарительных установок, как конструкционный материал, для молибденирования поверхности металлических изделий. Соединения молибдена применяют в производстве лаков и красок, микроудобрений, как катализаторы; MoS2 – как эффективный смазочный материал (область использования от –40 до 350 °С).
Иттрий

ИттрийИттрий

И́ттрий (лат. Yttrium), Y, химический элемент III группы короткой формы (3-й группы длинной формы) периодической системы, атомный номер 39, атомная масса 88,90585; относится к редкоземельным элементам (РЗЭ); в природе существует один стабильный изотоп 89Y. Иттрий открыл в 1794 г. финский химик Ю. Гадолин в виде оксида. Иттрий используют в качестве модификатора сталей и сплавов (например, добавка иттрия к алюминиевым сплавам повышает их прочность, к чёрным и цветным металлам – жаростойкость, пластичность и другие свойства), газопоглотителя в электровакуумных приборах. Оксид Y2O3 используют в качестве компонента специальных стёкол, люминофоров, высокотемпературных сверхпроводников (например, YBa2Cu3O7–x), жаропрочных керамических материалов (например, ZrO2, стабилизированный Y2O3), а также в радиоэлектронике и лазерной технике (иттрийсодержащие гранаты и ферриты).
Рений

РенийРений

Ре́ний (лат. Rhenium), Re, химический элемент VII группы короткой формы (7-й группы длинной формы) периодической системы; атомный номер 75, атомная масса 186,207. Природный рений состоит из 2 нуклидов: стабильного 185Re (37,4 %) и слаборадиоактивного 187Re (62,6 %, период полураспада T1/2 4,35·1010 лет); искусственно получены радионуклиды с массовыми числами 160-193. Более 80 % рения используется в виде покрытий и жаропрочных сплавов на основе W – Mo, а также Ni, Cr, Mo, Ti в аэрокосмической технике. Рений – материал нитей накаливания ламп, долгоживущих рентгеновских трубок, герконов, подогревателей, катодов и газопоглотителей электровакуумных приборов, термопар (Pt-Re, Mo-Re, W-Re), термоионных и термоэлектронных эмиттеров ионов в масс-спектрометрах, стрелок и осей точных приборов (компасов, торсионов, гироскопов) и других, а также перспективный конструкционный материал для деталей атомных реакторов и оболочек твэлов, работающих при температуре от 1650 до 3000 °С, ювелирных изделий.

F-Элементы

F-Элементы

P-Элементы

P-Элементы
Кислород

КислородКислород

Кислоро́д (лат. Oxygenium), О, химический элемент VI группы короткой формы (16-й группы длинной формы) периодической системы, относится к халькогенам; атомный номер 8, атомная масса 15,9994. Природный кислород состоит из трёх изотопов: 16О (99,757 %), 17О (0,038 %) и 18О (0,205 %). Кислород получили в 1774 г. независимо К. В. Шееле и Дж. Пристли. А. Л. де Лавуазье предложил название oxygène (от греч. ὀξύς – кислый, острый и γένος – рождение). Кислород – биогенный элемент – входит в состав важнейших классов природных органических соединений (белков, жиров, нуклеиновых кислот, углеводов и др.) и в состав неорганических соединений скелета. Технический кислород используют как окислитель в металлургии, при газопламенной обработке металлов, в химической промышленности при получении искусственного жидкого топлива, смазочных масел, азотной и серной кислот, метанола, аммиака и аммиачных удобрений, пероксидов металлов и др. Чистый кислород используют в лечебных целях в медицине (см. в статье Оксигенотерапия). Жидкий кислород применяют как окислитель ракетных топлив, при взрывных работах.
Иод

ИодИод

Ио́д (лат. Iodum), I, химический элемент VII группы короткой формы (17-й группы длинной формы) периодической системы, относится к галогенам; атомный номер 53, атомная масса 126,90447. В природе встречается один стабильный изотоп 127I. Иод впервые выделил в 1811 г. французский химик Б. Куртуа, действуя концентрированной H2SO4 на золу морских водорослей. Иод относится к микроэлементам. Иод и его соединения применяются в медицине; препараты иода, способные высвобождать элементарный иод, обладают антибактериальными, противогрибковыми и противовоспалительными свойствами. Иод используется в химических транспортных реакциях для получения высокочистых металлов, а также кремния; для заполнения иодных ламп накаливания. Радиоактивные изотопы 125I, 131I, 132I используются в биологии и медицине для определения функционального состояния щитовидной железы и лечения её заболеваний. Иод токсичен, его пары раздражают слизистые оболочки, вызывают дерматиты.
Висмут

ВисмутВисмут

Ви́смут (лат. Bismuthum), Bi, химический элемент V группы короткой формы (15-й группы длинной формы) периодической системы; атомный номер 83, атомная масса 208,9804. В природе один стабильный изотоп 209Bi и короткоживущие радиоактивные изотопы с массовыми числами 210–215 (члены природных радиоактивных рядов). В 16–17 вв. использовался как компонент сплавов, соли применялись в медицине и для изготовления косметических средств. Химическая индивидуальность висмута установлена в 1739 г. немецким химиком И. Поттом. Висмут – компонент припоев, баббитов и пр. Металлический висмут используется как полупроводниковый материал для термоэлектрических генераторов, расплавленный висмут – в качестве теплоносителя в ядерных реакторах. Сплавы висмута с марганцем – для производства мощных постоянных магнитов. Висмут входит в состав высокотемпературных сверхпроводников, например Bi2Sr2CaCu2O8+δ и Bi2Sr2Ca2Cu3O10+δ.
Галлий

ГаллийГаллий

Га́ллий (лат. Gallium), Ga, химический элемент III группы короткой формы (13-й группы длинной формы) периодической системы; атомный номер 31, атомная масса 69,723. В природе два стабильных нуклида: 69Ga (60,108 % по массе) и 71Ga (39,892 %). Галлий относится к рассеянным элементам. Существование галлия («экаалюминия») предсказал в начале 1870-х гг. Д. И. Менделеев, он также описал некоторые свойства этого элемента. В 1875 г. П.-Э. Лекок де Буабодран спектральным методом обнаружил галлий в цинковой руде. Соединения галлия, обладающие полупроводниковыми свойствами, находят применение в электронике. Для галлия характерен самый большой из всех химических элементов интервал между температурами плавления и кипения, поэтому его используют для изготовления высокотемпературных термометров. Синтетический гадолиний-галлиевый гранат используют в качестве лазерного материала и подложек для эпитаксиальных плёнок, сплавы галлия – для изготовления предохранителей противопожарных устройств.
Бром

БромБром

Бром (лат. Bromum), Br, химический элемент VII группы короткой формы (17-й группы длинной формы) периодической системы; относится к галогенам; атомный номер 35, атомная масса 79,904 а. е. м. Бром в микроколичествах содержится в тканях животных (около 1·10–4 %) и растений (около 1·10–4 %). Бромид-ионы Br– усиливают процессы торможения в коре головного мозга, поэтому водный раствор бромида калия или натрия применяют как успокоительное средство. Бром в основном применяют для получения бромсодержащих неорганических (NaBr, KBr, HBr и пр.) и органических (главным образом моно- и дибромэтана, используемых в качестве присадок к топливу и пр.) соединений, широко применяемого в фотографии бромида серебра AgBr, при синтезе ряда органических красителей и лекарственных препаратов. Бром токсичен. Пары брома раздражают слизистые оболочки, вызывают удушье, спазмы и заболевания верхних дыхательных путей, головокружение и пр.; жидкий бром вызывает ожоги кожи, дерматиты.
Углерод

УглеродУглерод

Углеро́д (лат. Сarboneum), C, химический элемент IV группы короткой формы (14-й группы длинной формы) периодической системы; атомный номер 6, атомная масса 12,0107. Образует несколько кристаллических аллотропных модификаций: графит, алмаз, карбин, лонсдейлит, фуллерены, графен, графин, углеродные нанотрубки, а также несколько аморфных форм. Графит используется как замедлитель нейтронов в ядерных реакторах, восстановитель в металлургии, для получения электродов, лёгких термостойких углеродных материалов (углеграфитовые материалы, углепластики и др.), как твёрдая смазка. Алмаз применяется в режущих и абразивных материалах, карбин – в фотоэлементах. Сажа служит наполнителем в производстве резины, идёт на получение красок. Стеклоуглерод используется в атомной энергетике, служит для создания термостойких покрытий космических аппаратов и самолётов.