Тайная жизнь химических элементов
Интересные факты об элементах периодической системы
Галлий или Gallium (Ga).
Температура плавления Галлия всего лишь 29,8 градусов по Цельсию.
Рассеянный в земной коре мягкий хрупкий металл. У него необычайно широкий температурный диапазон нахождения в жидкой фазе — плавится в руке, а закипает только при 2230 градусах Цельсия. Еще одно очень редкое свойство: при затвердевании объем галлия увеличивается, поэтому кусочки твердого галлия смогут плавать на поверхности жидкого, как лёд на воде. Из-за низкой температуры плавления перевозят галлий в полиэтиленовых пакетах, которые не смачиваются жидким галлием. Потребность в галлии очень большая и сдерживается только его очень высокой ценой. Почти весь получаемы галлий идет на производство различных полупроводников для лазеров и микроэлектроники. Используется в науке, медицине и даже ядерном оружии.
Свинец или Plumbum (Pb).
Свинец – лучшая защита от ионизирующих излучений.
Мягкий пластичный синевато-серый металл, широко распространён, легко добывается и обрабатывается. Существует более ста минералов свинца, нередко образующих крупные месторождения. Используется многие тысячелетия, соединения свинца имеют многочисленные применения: от взрывчатых веществ до красителей, от аккумуляторов до термоэлектрических холодильников.
Хорошо поглощает γ-излучение, широко используется для обеспечения радиационной защиты. В реализуемом проекте российского ядерного реактора на быстрых нейтронах БРЕСТ свинец используется в качестве теплоносителя.
Калий или Kalium (K), Фосфор или Phosphorus (P), Азот или Nitrogenium (N).
Калий, фосфор и азот — это основные удобрения для растений.
Как человеку для нормальной жизнедеятельности нужны белки, жиры и углеводы, так и растениям жизненно необходимы, прежде всего, три основных элемента — азот, фосфор и калий. Кроме них растениям нужны еще и железо, марганец, медь, цинк, кобальт и другие микроэлементы, в очень небольших дозах. Без них растительный организм развивается плохо, угнетается и, в конце концов, может погибнуть, как и человек на одних белках, жирах и углеводах без витаминов и тех же микроэлементов.
Радон или Radon (Rn).
Радон природный радиоактивный газ, не имеющий цвета, запаха и вкуса.
Бесцветный инертный газ, постоянно образуется в природе при цепочках радиоактивного распада природных материнских ядер U-238, U-235 и Th-232. Попадает в жилища из строительных материалов, из земной коры. Радон радиоактивен, может представлять опасность для здоровья при вдыхании. Поэтому лучше выпустить радон на свободу, чаще проветривая помещения.
Углерод-14 (C).
Возраст ископаемых образцов можно определить по содержанию углерода-14.
В отличие от других природных радиоактивных изотопов, таких, например, как уран-238, калий-40, рубидий-87, которые образовались миллиарды лет назад, углерод-14 продолжает постоянно формироваться и сегодня в верхних слоях атмосферы, которые подвергаются «бомбардировке» из космоса. Космическое излучение создает в атмосфере быстрые нейтроны, которые сталкиваются с атмосферным азотом-14 и превращают его в углерод-14. Растения поглощают углерод -14 в процессе фотосинтеза. Когда животные поедают растения, углерод-14 проникает в их кости. В живых организмах уровень углерода-14 стабилен – часть его распадается, но с пищей поступают новые атомы. После смерти поступление углерода-14 прекращается и его количество постепенно уменьшается за счет радиоактивного распада. Зная период полураспада углерода-14 и сравнивая оставшееся его количество с изначальным содержанием, ученые могут рассчитать, как давно это животное погибло. Поскольку углерод-14 распадается относительно быстро, его можно использовать для датирования существ и растений, умерших на протяжении последних нескольких тысяч лет.
Уран (U).
Семейство трансурановых элементов очень большое – от нептуния-93 до лоуренсия-103.
Уран — слаборадиоактивный элемент, его самыми распространенными изотопами являются уран-238 (99,3 %) и уран-235 (0,7 %). Времена жизни этих изотопов сравнимы с существованием самой Земли, но они все же нестабильны, распадаются и становятся родоначальниками каждый своей цепочки альфа- и бета-радиоактивных превращений, заканчивающихся образованием стабильных изотопов свинца. Таким образом, уран-238 и уран-235 являются источником существования целого семейства, расположенного в таблице Менделеева между ураном и свинцом.
Бор-10 (В).
Тепловые нейтроны хорошо поглощаются Бором-10.
Для управления цепной ядерной реакцией в реакторе применяют поглощающие стержни, которые содержат химические элементы с высокой вероятностью поглощения медленных (тепловых) нейтронов. Наибольшее распространение получили борсодержащие стержни, что объясняется превосходными свойствами бора-10 как поглотителя нейтронов – в тысячи раз лучше большинства других элементов. Обычно используется карбид бора, поскольку чистый бор малопригоден.
Рубидий+Вода (Rb+H2O).
Рубидий взрывается при взаимодействии с водой.
Рубидий мягкий легкоплавкий щелочной металл, рассеянный в коре Земли. И хотя его там относительно много, примерно столько же, как никеля, меди и цинка вместе взятых, цена его велика – около 300 тыс. рублей за 1 кг. Сравните: 1 кг меди стоит около 300 рублей.
В природе существуют два изотопа рубидия: стабильный Rb-85 (72,2 %) и бета-радиоактивный Rb-87 (27,8 %). Период полураспада Rb-87 — 49,23 млрд лет, что в 11 раз больше возраста Земли.
Рубидий реагируют с водой со взрывом, вытесняя водород из воды и даже льда.
Бор-11 (B).
Бор-11 используется как отражатель нейтронов.
По величине вероятности захвата тепловых нейтронов легкий изотоп бор-10 занимает одно из первых мест среди всех элементов, а тяжелый бор-11 — одно из самых последних. Вероятность поглощения тепловых нейтронов у В-11 в сто тысяч раз ниже, чем у изотопа В-10. Вот такое различие вносит всего лишь один дополнительный нейтрон в ядре.
Цирконий (Zr).
Выделение водорода при пароциркониевой реакции происходит при температурах выше 1000 градусов по Цельсию.
Цирконий имеет очень малое сечение (вероятность) захвата тепловых нейтронов и высокую температуру плавления — 1855 °C. Поэтому металлический цирконий и его сплавы применяются в атомной энергетике для изготовления оболочек тепловыделяющих элементов (твэлов) и других конструкций ядерных реакторов.
При повышении температуры до 700 °C между цирконием и водяным паром начинается пароциркониевая реакция с выделением большого количества тепла и водорода. Процесс существенно ускоряется при 1200 – 1400 ºС. Именно эта реакция с выделением водорода привела к взрывам на аварийных энергоблоках Фукусимы.
Дейтерий+Тритий (D+T).
Огромное количество энергии выделяется при реакции синтеза Дейтерий+Тритий.
Для зажигания реакции синтеза необходимо нагреть газ из смеси дейтерия и трития до температуры выше 100 миллионов градусов по Цельсию, чтобы получить плазму, вещество, в которой ядра атомов полностью лишены электронов. При такой температуре наиболее «энергетические» ядра дейтерия и трития сближаются при столкновениях так близко, что между ними начинают действовать мощные ядерные силы, заставляющие их сливаться друг с другом в единое целое. В результате этого образуется новый элемент — гелий и выделяется нейтрон и большое количество энергии. В настоящее время во Франции строится международный экспериментальный термоядерный реактор ITER, в создании которого Россия принимает активное участие.