Лебедев Ю.А. Лекция 4 |
27 |
5. Галидные руды Значительное содержание хлора в морской воде (1,9%) обусловливает образование галидных
руд в процессах глобальных климатических изменений (пересыхание морей). Главными галидными рудами являются: каменная соль NaCl, сильвин KCl, сильвинит NaCl*KCl, карналлит KCl*MgCl2*6H2O и некоторые другие. Эти руды используются для получения активных металлов.
6. Карбонатные руды Углекислый газ, являясь конечным продуктом распада органических соединений в
окислительной атмосфере Земли, активно участвует в процессах минералообразования на её поверхности. Часто эти процессы протекают через биологические циклы. Именно они обеспечили возникновение значительных количеств таких минералов, как мел, известняк, мрамор CaCO3, магнезит MgCO3, малахит CuCO3*Cu(OH)2 и ряда других. В качестве руд используются магнезит и малахит.
12Золото переходит в раствор при его выщелачивании из бедных золотоносных пород, из которых металл невозможно извлечь другими методами. В этом случае оно растворяется в растворах цианидов при доступе воздуха.
Эта реакция, открытая в 1843 г. П.Р.Багратионом (племянником знаменитого полководца П.И.Багратиона), сегодня широко применяется для извлечения золота из руд.
http://metallof.net/article.php?id=22
13В настоящее время установлено, что на других планетах солнечной системы существуют совершенно отличные от земных условия и потому формируются среды с иными химическими доминантами.
На Меркурии, существует весьма разреженная атмосфера. Ее плотность в 500 миллиардов раз меньше плотности земной атмосферы.
Таким образом, на практически лишенной атмосферы поверхности определяющую роль в химической эволюции играет термический фактор. Период вращения планеты (59.3 суток) таков, что "сутки" на Меркурии продолжаются два "года". Это ведет к огромным температурным контрастам: в перигелии температура подсолнечной точки достигает 430° C, а ночные температуры опускаются до -170° C (http://www.astrolab.ru/cgibin/manager2.cgi?id=1&num=589). Общий химический состав Меркурия резко отличается от земного. Существование у Меркурия магнитного поля свидетельствует о том, что планета должна иметь железное ядро. Только при наличии железного ядра могло бы поддерживаться постоянное общее магнитное поле планеты. Исходя из средней плотности планеты, ученые рассчитали, что диаметр железного ядра Меркурия составляет 3600 километров. Гигантское железное ядро Меркурия по своим размерам равно Луне. Поскольку диаметр всей планеты составляет только 4880 километров, ее железное ядро окружено мантией из пород, имеющей толщину всего 640 километров.. Подробных данных о составе мантии и поверхности пока нет, но радиолокационные наблюдения северного полюса Меркурия (область, не отображенная "Mariner-10") показывают присутствие замороженной воды в затененных областях некоторых кратеров. (http://www.avia.ru/press/4711/ ) Химия Меркурия ещё ждет своего формирования. И начнется она в самое ближайшее время. Уже работает космический аппарат Messenger приборы которого помогут впервые провести измерения минералогического и
Лебедев Ю.А. Лекция 4 |
28 |
химического состава планеты. Он так же сможет изучить магнитное поле и обновить наши знания после последнего полета Mariner 10. Компоненты его оборудования с технологией длинных волн позволят получить ключевую информацию о строении ядра
Меркурия. http://www.infuture.ru/forum.php?view_topic=110
На Венере Температура поверхности Венеры составляет около 400°C, а давление атмосферы у поверхности в сто раз больше, чем на Земле. На Венере нет смены времен года, так как ось ее вращения практически перпендикулярна к плоскости орбиты. Планеты совершает один оборот вокруг оси за 243 земных дня (период вращения вокруг Солнца чуть меньше — около 228 суток) и имеет очень тяжелую и плотную (самую плотную среди планет земного типа) атмосферу, состоящую в основном из углекислого газа с облаками конденсированной серной кислоты.(
http://www.iki.rssi.ru/press/vex.doc)
Состав поверхности после посадок «Вененры-13» и «Венеры-14» известен экспериментально. Уникальные анализы венерианского грунта в местах посадки космических аппаратов подтверждают одну из общих закономерностей геологической истории планет земной группы. Базальтовый вулканизм — непременное звено длительного процесса формирования коры планет. Сходство состава земных и венерианских базальтов (кремний, алюминий, железо и т. п.) указывает на общие черты развития всех планетных тел Солнечной системы. (http://epizodsspace.testpilot.ru/bibl/z- s/1984/venera.html). Так что на Венере в буквальном смысле есть опора для земной химии. Но «архитектура» зданий, построенных на одинаковых фундаментах, далеко не обязательно одинакова!
На Марсе Температура на экваторе планеты колеблется от +300С в полдень до −80 °С в полночь. Вблизи полюсов температура может упасть до −143 °С. Давление у поверхности Марса в 160 раз меньше земного. Основным компонентом атмосферы является диоксид углерода. Конденсация в полярных шапках зимой и испарение летом приводят к тому, что количество этого газа в атмосфере испытывает сезонные колебания. Азот, являющийся основным компонентом атмосферы Земли, в атмосфере Марса составляет лишь около нескольких процентов.
Поверхностный слой марсианской почвы содержит 21 % кремния, 12,7 % железа, 5 % магния, 4 % кальция, 3 % алюминия, 3,1 % серы (в 100 раз больше, чем в земных породах). Основная составляющая почвы — кремнезем, содержащий примесь гидроксидов железа (до 10 %), придающих почве красноватый цвет. http://ru.wikipedia.org/wiki/ %D0%9C%D0%B0%D1%80%D1%81 Опять другие условия и своеобразная химия.
Чрезвычайно разнообразны химические характеристики спутников больших планет –
Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. http://space.rin.ru/articles/html/226.html http://www.astrolab.ru/cgibin/manager.cgi?id=5
На других планетах Солнечной системы (планетах-гигантах) царят и вовсе экзотические условия. На Юпитере почти наверняка плещутся океаны жидкого
Лебедев Ю.А. Лекция 4 |
29 |
водорода, на Уране могут |
существовать океаны жидкого аммиака… |
(http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D1%80%D0%B0%D0%BD_%28%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%BD
%D0%B5%D1%82%D0%B0%29 ,
Теперь же к этим «старым объектам» добавились сотни новых планет у других звезд, большое разнообразие туманностей и других астрономических объектов.
Со всей очевидностью ясно, что химические миры столь же разнообразны, сколь разнообразны миры физические. Как выразил это М.В.Ломоносов – «Открылась бездна, звезд полна, звездам числа нет, бездне – дна!»
14 Некоторые свойства щелочных металлов приведены в таблицах.
Нахождение в природе и получение в чистом виде.
Никогда не встречаются в природе в свободном состоянии. Вследствие хорошей растворимости большинства своих солей, основное количество щелочных металлов сосредоточено в Мировом Океане.
Так, например, количество поваренной соли в Мировом океане таково, что этой солью можно покрыть Европейскую часть России слоем толщиной 4-5 км или построить соляную призму с квадратным основанием со стороной в 7 км, достигающую по высоте Луны!
Щелочные металлы входят в состав магматических горных пород - полевых шпатов, нефелинов, пироксена и др. в форме алюмосиликатов. Алюмосиликаты – нерастворимые соединения. Эти породы можно рассматривать как химические соединения, получившиеся в результате сплавления оксидов щелочных металлов, кремния и алюминия.
Образуют руды – главным образом, галогениды, сульфаты, и нитраты.
Литий и натрий получаются в промышленных масштабах путем электролиза расплавов их солей (чаще всего – хлоридов) или гидроксидов. При этом металл выделяется на стальном катоде, а в качестве анода используется графит. Как оказалось, при этом в анодном шламе
Лебедев Ю.А. Лекция 4 |
30 |
накапливаются в виде отхода углеродные нанотрубки, пригодные для изготовления эмиттирующих покрытий и катализаторов, при чем в количествах, делающих их извлечение коммерчески выгодным. (http://www.ioffe.ru/journals/jtf/2006/02/p132-134.pdf).
В отличие от натрия, калий не удается получать электролизом расплава хлорида, так как калий очень хорошо растворяется в расплавленном хлориде и не всплывает на поверхность. Дополнительную трудность создает образование надпероксида, который реагирует с металлическим калием со взрывом, поэтому способ промышленного производства металлического калия заключается в восстановлении расплавленного хлорида калия металлическим натрием при 850° С.
15 Сегодня металлический литий (изотоп 7Li) применяется как жидкий теплоноситель в атомных реакторах и как компонент сплавов. Добавка всего 0,1% лития к алюминию позволяет получить сплавы аэрон и склерон, которые, помимо легкости, обладают высокой прочностью, пластичностью и стойкостью против коррозии. Рекордным по легкости является сплав, содержащий 14% лития, 1% алюминия и 85% магния. Он имеет плотность всего 1,35 г см–3!
Добавка 0,04% лития к свинцово-кальциевым подшипниковым сплавам повышает их твердость и понижает трение.
Металлический литий используется в новом поколении химических источников тока (ХИТ) и аккумуляторов. При использовании неводных электролитов литий может использоваться в качестве анода. И литиевые элементы (их применяют, в частности, для питания стимуляторов сердца) дают ЭДС до 3,5 В.
Всвязи с этим остро встает проблема утилизации отработанных литиевых ХИТ. Вот как она выглядит на примере Вооруженных Сил РФ.
Внастоящее время наиболее распространенными в объектах вооружения являются литиевые
химические источники тока (ЛХИТ) Li/MnO2, Li/(CF)n, Li/SOCl2 электрохимических систем, обладающие высокими мощностными характеристиками, что делает возможным их применение в носимых средствах связи, шифроаппаратуре, приборах ночного видения, постановщиках помех одноразового действия, лазерных дальномерах и целеуказателях, навигационных приборах, радиобуях, электроторпедах, в качестве независимого источника питания шахтных пусковых установок. Годовая потребность ВС РФ в ЛХИТ составляет порядка 5-6 млн штук в год. По экспертным оценкам, ежегодный прирост потребности будет составлять порядка 15-20 % в год.
Мировой опыт эксплуатации ЛХИТ выдвинул в число приоритетных проблем обеспечение их экологической безопасности. Все увеличивающиеся объемы хранимых ХИТ, выработавших свой ресурс, требуют кардинального решения данного вопроса. Необходимость утилизации ЛХИТ обусловлена тем, что их компоненты (литий, его соединения, электролит, катод, сепараторы и пр.) являются экологически опасными и могут привести к значительному загрязнению окружающей среды, кроме того отработавшие свой ресурс ЛХИТ в местах скопления представляют собой источник повышенной пожаро- и взрывоопасности.
Содержание наиболее ценных составляющих в ЛХИТ в среднем: нержавеющей стали 14-23%, титана 4-6%, никеля 5-8%, лития 3-6%, полипропилен 5-7%, фторопласта 3%, полиэтилена 2%.
Вэлементах Li/MnO2 системы диоксида марганца до 38%, Li/(CF)n системы фторуглерода до 30%. Подробности технологии утилизации ЛХИТ изложены в работе
http://www.mteeco.ru/www/toim.nsf/4653e941dbb2d85fc32566d6007838dd/a7381863d88bd5f4c3256b7b00431731? OpenDocument
Литий перспективен как ракетное топливо (см. характеристики здесь http://ru.wikipedia.org/wiki/ %D0%9B%D0%B8%D1%82%D0%B8%D0%B9 )
Соли лития являются компонентами высококачественных смазок. Их производство в России – десятки тысяч тонн в год.
Порошковые материалы, получаемые спеканием порошков карбида лития с алюминием или титаном, являются легкими жаропрочными материалами для аэрокосмической техники.
Другим примером использования соединений лития в космонавтике является его применение в системах регенерации воздуха. На космических кораблях типа «Шаттл», углекислый газ, выдыхаемый экипажем, извлекался из атмосферы в емкостях с гидроксидом лития; при этом образуются карбонат лития и водяной пар, который удаляется специальными поглотителями влаги.