выделили его, доказав его сходство с цирконием, подтвердив выкладки Бора и, тем самым, окончательно закрепив теоретические выкладки, и поныне лежащие в основе Периодического закона. Открытие гафния заполнило одну из шести пустых клеток, оставшихся на тот момент в Периодической системе, гафний также стал предпоследним стабильным элементом, обнаруженным в земной коре; последним стал открытый в 1925 году рений.
Гафний нельзя назвать экзотическим для земной коры – при его атомном номере 5,8 грамма гафния на тонну верхнего слоя земной коры – это не так уж и мало. Трудности с его обнаружением были связаны с тем, что гафний не образует своих собственных минералов и руд, сопутствует цирконию, характеризуясь при этом практически таким же атомным и ионным радиусом, что и цирконий, что, естественно, затрудняет его отделение от «металла-хозяина». В наши дни проблема разделения смесей гафний–цирконий решена благодаря методам экстракции и позволяет ежегодно добывать около 70 тонн гафния. Хотя этот элемент и недёшев, затраты на его добычу и извлечение окупаются его уникальными свойствами.
Металлический гафний проявляет исключительную стойкость к коррозии. Более того, гафний легко захватывает нейтроны, что делает его идеальным материалом для изготовления замедляющих стержней ядерных реакторов, в особенности реакторов, работающих в жёстких условиях, подобно наиболее распространённым в атомной энергетике водо-водяным ядерным реакторам.
При сплавлении с металлами гафний даёт суперсплавы, которые способны противостоять высоким температурам, это их свойство эксплуатируется в космической отрасли – из таких суперсплавов делают детали ракет и спускаемых аппаратов. Карбид гафния (HfC) – рекордсмен среди бинарных (состоящих из двух химических элементов) веществ по температуре плавления, она составляет 3890 °C. Смешанный карбид гафния–вольфрама плавится при 4125 °C. Для сравнения: температура плавления металлического вольфрама, считающегося «эталоном» тугоплавкости, – 3422 °C.
73. Тантал
Благодаря танталу мы получили возможность носить мобильные телефоны и смартфоны в карманах джинсов или внутренних карманах пиджаков (или терять их, забывая в неподходящих местах) – благодаря этому элементу мобильные телефоны прошли эволюцию от «кирпичей» 1990-х до современной ультратонкой техники.
Смесь порошкообразных тантала и его оксида применяется в аккумуляторах, которые запасают электрический ток не только для смартфонов, но и игровых консолей, ноутбуков, планшетов и цифровых камер. Те свойства тантала, которые помогли ему внести свой вклад в миниатюризацию электроники, – высокие электро– и теплопроводность металла, а также его прочность, благодаря чему изделия из тантала небольшого размера не разрушаются при давлении. Бум производства мобильной электроники увеличил спрос на тантал, и, возможно, сейчас интерес к танталу гораздо больше, чем тогда, когда он был открыт.
Тантал был открыт шведским химиком Андерсом Экербергом в 1802 году, который, по одной версии, устав при получении нового элемента, по другой – наоборот, после бесплодных попыток растворить его в кислоте, назвал его Танталом в честь героя греческой мифологии царя Тантала, возгордившегося своим равенством с богами (олимпийцы действительно приглашали его на обеды) и наказанного посмертно «танталовыми муками» – невозможностью испить воды, в которой он стоит, и утолить голод висящими рядом плодами. Вскоре после открытия тантал начали отождествлять с другим элементом, извлечённым из минерала колумбита, и только к 1844 году стало ясно, что в колумбите содержатся два элемента – тантал и ниобий, о котором уже шла речь выше.
Тантал – металл с серо-синеватым оттенком, который с помощью полировки можно довести до серебряного блеска. Тантал твёрд и в то же время пластичен – его пластичность уступает разве что пластичности золота. Из сплавов тантала делают детали, работающие при высоких температурах, для двигателей реактивных самолетов и ядерных реакторов. Температура плавления тантала – 3010 °С, более высоко плавятся только рений и вольфрам. Химическая инертность тантала позволяет делать из него хирургические инструменты и кардиостимуляторы, которые не будут ни коррозировать под воздействием биологических жидкостей, ни раздражать находящиеся с ним в контакте живые ткани.
Одно из перспективных применений тантала – протезирование суставов. Для этого на шаблон протезируемого сустава из пористого углерода наносят слой металла толщиной около 50 микрометров, в результате чего получается жёсткий материал, структура которого подобна костной структуре, – это нужно, чтобы протез сустава, собственные кости пациента и его мягкие ткани могли бы сформировать единую систему, не уступающую по свойствам здоровому суставу.
Тантал не слишком распространён, это 50-й по содержанию элемент земной коры. В сотовом телефоне содержится около 40 миллиграммов тантала, но, учитывая скорость производства гаджетов наряду с тем, что есть люди, считающие своим долгом стать владельцем новой модели смартфона сразу после её выхода, а не после того как перестает работать старая, востребованность в тантале велика. За последнее время в год человечество использует около 2500 тонн тантала, 2/3 из которых идет на производство электронных устройств.
Исторически наиболее значительным источником тантала была Австралия, на австралийском месторождении Гринбушес добывается до 30% танталового концентрата. Залежи тантала (точнее руды, содержащей одновременно ниобий и тантал, – колумбит-танталит или «колтан») также находятся в Демократической Республике Конго, и протекавшая в период 1998–2002 годов Великая Африканская война (Вторая Конголезская война), которая отчасти разразилась из-за попыток различных политических сил, участвовавших в войне, контролировать шахты со стратегическим сырьем – колтаном. А ведь почти полторы сотни лет после открытия, до 1950-х годов, ни у кого не было ни малейшего представления о том, зачем и кому сможет потребоваться этот металл.
74. Вольфрам
Вольфам, как и никель с кобальтом, получил своё название из-за рассерженных рудокопов, которым когда-то давно он мешал заниматься выработкой ценных в те времена горных пород.
Своё название элемент получил от известного ещё в 1500-е годы минерала вольфрамита, латинское название которого было spuma lupi (волчья пена), а немецкое – Wolf Rahm (волчьи сливки). Такое отношение к минералу было вызвано тем, что входящий в состав оловянных руд вольфрамит сильно мешал плавке олова, превращая его в пену шлаков (в одном из средневековых манускриптов, посвященных выплавке металлов, написано, что вольфрамит «…пожирает олово как волк овцу…»), ну а пена, затем затвердевая, образует тяжелые каменные образования. Шведское словосочетание tung sten (тяжелый камень) стало основой для названия вольфрама в англоязычных странах и Франции – tungsten. Любопытно, но в шведском языке вольфрам сейчас называется volfram.
Вероятно, что из-за дурной славы руды вольфрамита никто из
