Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
72
Добавлен:
10.02.2015
Размер:
3.49 Mб
Скачать

Лебедев Ю.А. Лекция 4

31

http://www.krugosvet.ru/articles/11/1001174/1001174a2.htm

Литий, точнее, его изотоп 6Li в виде дейтерида LiD, является основным компонентом термоядерной взрывчатки (знаменитая «Лидочка» В.Л.Гинзбурга).

Своеобразие химии лития открывает широкие перспективы его использования в самых разнообразных областях.

Вот некоторые уникальные свойства лития, ещё ждущие своего технического применения. При растворении металла в жидком аммиаке объем раствора всегда больше суммарного объема компонентов. В результате такого разбухания раствора его плотность непрерывно падает с увеличением концентрации (чего не бывает у водных растворов солей и других твердых соединений). Концентрированный раствор лития в жидком аммиаке – самая легкая при обычных условиях жидкость, ее плотность при 20° C составляет всего лишь 0,48 г/см3 (легче этого раствора только сжиженные при низких температурах водород, гелий и метан).

Литию принадлежит и другой своеобразный рекорд: его концентрированный раствор в жидком аммиаке – самый легкоплавкий «металл», который замерзает лишь при –183° C, то есть при температуре сжижения кислорода.

http://www.krugosvet.ru/articles/111/1011104/1011104a1.htm

Важную роль играет литий в радиоуглеродном датировании.

Примерно с 1965 года широкое распространение в датировании получил метод жидкостной сцинтилляции. При его использовании полученный из образца углеродсодержащий газ превращают в жидкость, которую можно хранить и исследовать в небольшом стеклянном сосуде. В жидкость добавляют специальное вещество – сцинтиллятор, – которое заряжается энергией электронов, высвобождающихся при распаде радионуклидов 14С. Современные сцинтилляционные счетчики характеризуются очень низким, почти нулевым, фоновым излучением, что позволяет датировать с высокой точностью образцы возрастом до 50 000 лет.

Сцинтилляционный метод требует тщательной подготовки образцов, поскольку углерод должен быть превращен в бензол. Процесс начинается с реакции между диоксидом углерода и расплавленным литием, в результате которой образуется карбид лития. В карбид понемногу добавляют воду, и он растворяется, выделяя ацетилен. Этот газ, содержащий весь углерод образца, под действием катализатора превращается в прозрачную жидкость – бензол, который и подвергается анализу.

http://www.krugosvet.ru/articles/47/1004714/1004714a1.htm

16 Диспергированный натрий является ценным катализатором при производстве резины и эластомеров.

Растет применение расплавленного натрия в качестве теплообменной жидкости в ядерных реакторах на быстрых нейтронах. Низкая температура плавления натрия, низкая вязкость, малое сечение поглощения нейтронов в сочетании с чрезвычайно высокой теплоемкостью и теплопроводностью делает его (и его сплавы с калием) незаменимым материалом для этих целей.

Натрием надежно очищают трансформаторные масла, эфиры и другие органические вещества от следов воды.

Наиболее важными соединениями натрия являются его хлорид (NaCl), гидроксид (NaOH), карбонат в виде соды (кристаллической - Na2CO3*10H2O и кальцинированной – Na2CO3), сульфат (Na2SO4), нитрат (NaNO3) и нитрит (NaNO2).

Хлорид натрия – необходимейший компонент человеческой пищи. Cчитается, что человек начал употреблять его в неолите, т.е. около 5–7 тыс. лет назад. В далеком прошлом соль приравнивалась по цене к золоту. В древнем Риме легионерам часто платили жалование не деньгами, а солью, отсюда и произошло слово солдат.

В Киевской Руси пользовались солью из Прикарпатья, из соляных озер и лиманов на Черном и Азовском морях. Она обходилась настолько дорого, что на торжественных пирах ее подавали на столы знатных гостей, прочие же расходились «несолоно хлебавши».

Мировой объем добычи хлорида натрия к началу 21 в. достиг 200 млн. т, 60% которой потребляет химическая промышленность (для производства хлора и гидроксида натрия,

Лебедев Ю.А. Лекция 4

32

а также бумажной пульпы, текстиля, металлов, резин и масел), 30% – пищевая, 10% приходится на прочие сферы деятельности. Хлорид натрия используется, например, в качестве дешевого антигололедного реагента.

http://www.krugosvet.ru/articles/118/1011825/1011825a1.htm#1011825-L-103

Гидроксид натрия. Сегодня гидроксид натрия – наиболее важная щелочь в промышленности. Ежегодное производство только в США превышает 10 млн. т. Ее получают в огромных количествах электролизом рассолов. При электролизе раствора хлорида натрия образуется гидроксид натрия и выделяется хлор:

катод (железный) 2H2O + 2e= H2 + 2OHанод (графитовый) 2Cl– 2e= Cl2

Электролиз сопровождается концентрированием щелочи в огромных выпаривателях. Самый большой в мире (на заводе PPG Inductries' Lake Charles) имеет высоту 41 м и диаметр 12 м. Около половины производимого гидроксида натрия используется непосредственно в химической промышленности для получения различных органических и неорганических веществ. Кроме того, гидроксид натрия применяется в производстве бумаги и пульпы, мыла и моющих средств, масел, текстиля. Он необходим и при переработке бокситов. Важной областью применения гидроксида натрия является нейтрализация кислот.

http://www.krugosvet.ru/articles/118/1011825/1011825a1.htm#1011825-L-103

Карбонаты натрия. Во многих случаях карбонат натрия взаимозаменяем с гидроксидом натрия (например, при получении бумажной пульпы, мыла, чистящих средств). Около половины карбоната натрия используется в стекольной промышленности. Одна из развивающихся областей применения – удаление сернистых загрязнений в газовых выбросах предприятий энергетики и мощных печей. В топливо добавляют порошок карбоната натрия, который реагирует с диоксидом серы с образованием твердых продуктов, в частности сульфита натрия, которые могут быть отфильтрованы или осаждены.

Гидрокарбонат натрия NaHCO3 (пищевая сода), применяется, главным образом, как источник диоксида углерода при выпечке хлеба, изготовлении кондитерских изделий, производстве газированных напитков и искусственных минеральных вод, как компонент огнетушащих составов и лекарственное средство. Это связано с легкостью его разложения при 50–100° С.

http://www.krugosvet.ru/articles/118/1011825/1011825a1.htm#1011825-L-103

Сульфат натрия. Данные о добыче сульфата натрия не публикуются, но, по оценке, мировое производство природного сырья составляет около 4 млн. т в год. Извлечение сульфата натрия в качестве побочного продукта оценивается в мире в целом в 1,5–2,0 млн. т.

Долгое время сульфат натрия мало использовался. Теперь это вещество – основа бумажной промышленности, так как Na2SO4 является главным реагентом в сульфатной варке целлюлозы для приготовления коричневой оберточной бумаги и гофрированного картона. Древесные стружки или опилки перерабатывается в горячем щелочном растворе сульфата натрия. Он растворяет лигнин (компонент древесины, соединяющий волокна) и освобождает волокна целлюлозы, которые затем отправляют на машины для изготовления бумаги.

http://www.krugosvet.ru/articles/118/1011825/1011825a1.htm#1011825-L-103

Нитрат натрия. Нитрат натрия («чилийская селитра») применяют как удобрение. Он является компонентом жидких солевых хладагентов, закалочных ванн в металлообрабатывающей промышленности, теплоаккумулирующих составов. Тройная смесь из 40% NaNO2, 7% NaNO3 и 53% KNO3 может использоваться от температуры плавления (142° С) до ~600° С. Нитрат натрия используется как окислитель во взрывчатых веществах, ракетных топливах, пиротехнических составах. Он применяется в производстве стекла

http://www.krugosvet.ru/articles/118/1011825/1011825a1.htm#1011825-L-103

Лебедев Ю.А. Лекция 4

33

Нитрит натрия. Нитрит натрия NaNO2, кроме использования с нитратами в качестве теплопроводных расплавов, широко применяется в производстве азокрасителей, для ингибирования коррозии и консервации мяса.

http://www.krugosvet.ru/articles/118/1011825/1011825a1.htm#1011825-L-103

17 Металлический калий используют как катализатор в производстве некоторых видов синтетического каучука, а также в лабораторной практике. Сплав калия с натрием служит теплоносителем в атомных реакторах. Он же является восстановителем в производстве титана. (http://www.krugosvet.ru/articles/118/1011824/1011824a2.htm )

Из соединений калия следует отметить его хлорид (KCl), гидроксид (КОН), карбонат (K2CO3) и нитрат KNO3.

Хлорид калия. Калий является важным элементом жизни растений, и развитие диких растений часто ограничивается доступностью калия. При недостатке калия растения медленнее растут, их листья, особенно старые, желтеют и буреют по краям, стебель становится тонким и непрочным, а семена теряют всхожесть.

Калийные удобрения являются основным видом калиесодержащей продукции (95%). Больше всего используется KCl, на его долю приходится более 90% калия, используемого в качестве удобрений.

Мировое производство калийных удобрений в 2003 оценено в 27,8 млн т (в пересчете

на K2O).

http://atoma.info/index.php?option=content&task=view&id=26

Гидроксид калия. Гидроксид калия KOH — сильное основание, относится к щелочам. Его традиционное название «едкое кали» отражает разъедающее действие этого вещества на живые ткани.

В промышленности гидроксид калия получают электролизом водных растворов хлорида или карбоната калия с железным или ртутным катодом (мировое производство составляет около 0,7 млн. т в год). Гидроксид калия можно выделить из фильтрата после отделения осадков, образующихся при взаимодействии карбоната калия с гидроксидом кальция или сульфата калия с гидроксидом бария.

Гидроксид калия применяют для получения жидкого мыла и различных соединений калия. Кроме того, он служит электролитом в щелочных аккумуляторах.

http://atoma.info/index.php?option=content&task=view&id=26

Карбонат калия. Карбонат калия K2CO3 называют также поташом. Получают при действии диоксида углерода на растворы гидроксида калия или суспензии карбоната магния в присутствии хлорида калия. Является побочным продуктом при переработке нефелина в глинозем.

Значительное количество карбоната калия содержится в растительной золе. Больше всего калия в золе подсолнечника - 36,3%. В золе дров оксида калия значительно меньше — от 3,2% (еловые дрова) до 13,8% (березовые дрова). Еще меньше калия в золе торфа.

Карбонат калия используется, главным образом, для производства высококачественного стекла, используемого в оптических линзах, трубках цветных телевизоров и флуоресцентных лампах. Применяется и в производстве фарфора, красителей и пигментов.

http://atoma.info/index.php?option=content&task=view&id=26

Нитрат калия. Нитрат калия — отличное удобрение, содержащее одновременно калий и азот, однако применяется меньше, чем хлорид калия, из-за высокой стоимости производства. Нитрат калия используется и для изготовления черного пороха и пиротехнических составов, в производстве спичек и стекла.

http://atoma.info/index.php?option=content&task=view&id=26

18 Металлический цезий – компонент материала катодов для фотоэлементов, фотоэлектронных умножителей, телевизионных передающих электронно-лучевых трубок. Фотоэлементы со сложным серебряно-цезиевым фотокатодом особенно ценны

Лебедев Ю.А. Лекция 4

34

для радиолокации: они чувствительны не только к видимому свету, но и к невидимым инфракрасным лучам и, в отличие, например, от селеновых, работают безинерционно. Применяется также в качестве компонента смазочных материалов для космической техники, геттера в вакуумных электронных приборах

http://www.krugosvet.ru/articles/124/1012453/1012453a2.htm

Металлический

цезий был впервые получен

в 1882 году шведским химиком

К.Сеттербергом

при электролизе расплавленной смеси цианидов цезия и бария. Цезий

– золотисто-желтый металл, один из трех интенсивно окрашенных металлов (наряду с медью и золотом).

Цезий 99,99999% в ампуле

Цезий используется в атомных стандартах времени. «Цезиевые часы» необыкновенно точны. Их действие основано на переходах между двумя состоянием атома цезия с параллельной и антипараллельной ориентацией собственных магнитных моментов ядра атома и валентного электрона. Этот переход сопровождается колебаниями со строго постоянными характеристиками (длина волны 3,26 см). В 1967 Международная генеральная конференция по мерам и весам установила: «Секунда – время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133».

http://www.krugosvet.ru/articles/124/1012453/1012453a2.htm

В последнее время большое внимание уделяется цезиевой плазме, всестороннему изучению ее свойств и условий образования, возможно, она станет использоваться в плазменных двигателях будущего.

http://www.krugosvet.ru/articles/124/1012453/1012453a2.htm

19Строение внешних электронных оболочек атомов Ве (2s2) Mg (3s2) соответствует их нульвалентному состоянию. Возбуждение до обычного двухвалентного (2s12p1 и 3s13p1) требует затраты соответственно 263 и 259 кДж/моль, что соответствует длине волны оптического диапазона (сине-голубой свет).

20Некоторые физические свойства бериллия, магния и щелочно-земельных металлов приведены в таблицах.

Лебедев Ю.А. Лекция 4

35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Свойство

 

Be

 

Mg

 

Ca

 

Sr

 

Ba

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Плотность, кг/м3

 

1850

 

1740

 

1540

 

2630

 

3760

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Температура плавления,°С

 

1287

 

650

 

842

 

768

 

727

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Температура кипения,°С

 

2507

 

1095

 

1495

 

1390

 

1640

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нахождение в природе и получение в чистом виде.

Никогда не встречаются в природе в свободном состоянии. Входят в состав сложных силикатных горных пород и образуют собственные минералы. Растворимые соли (хлориды, сульфаты) входят с состав вод мирового океана, нерастворимые карбонаты образуют залежи мела, известняка, мрамора, доломита, магнезита и др. В чистом виде получаются электролизом их галогенидов или металлотермическим путем из оксидов (вакуумная алюмотермия):

3BaO + 2Al = 3Ba + Al2O3.

Процесс восстановления алюминием проводят в вакууме при температурах от 1100 до 1250° C, при этом образующийся барий испаряется и конденсируется на более холодных частях реактора.

http://revolution.allbest.ru/chemistry/00000395_0.html

21 Известно 54 собственно бериллиевых минерала. Важнейший из них – берилл 3BeO·Al2O3·6SiO2. У него много окрашенных разновидностей. Изумруд содержит около 2% хрома, придающего ему зеленый цвет. Аквамарин своей голубой окраской обязан примеси железа(II). Розовый цвет воробьевита обусловлен примесью соединений марганца(II), а золотисто-желтый гелиодор окрашен ионами железа(III).

http://www.krugosvet.ru/articles/118/1011872/1011872a1.htm

Сейчас известно, что добавка около 2% бериллия в шесть раз увеличивают прочность меди. Кроме того, такие сплавы (которые также обычно содержат 0,25% кобальта) имеют хорошую электрическую проводимость, высокую прочность и сопротивление

Лебедев Ю.А. Лекция 4

36

износу. Они не магнитны, устойчивы к коррозии и находят многочисленные области применения в движущихся частях двигателей самолетов, точных инструментах, управляющих реле в электронике. Кроме того, они не искрят и поэтому широко применяются для изготовления ручного инструмента в нефтяной промышленности.

Добавка 0,5 % бериллия в сталь позволяет изготовить пружины, которые пружинят при красном калении.

Все большее значение приобретают бериллий-алюминиевые сплавы, в которых содержание бериллия достигает 65%. Они имеют широкий круг сфер использования – от авиакосмической промышленности до производства компьютеров.

Оксид бериллия применяется как отражатель и замедлитель нейтронов, а также для изготовления оболочек ТВЭЛов, поскольку является самым теплопроводным огнеупорным материалом.

В первых атомных бомбах использовался (в смеси с полонием) как источник нейтронов

– «нейтронный запал».

22Магниевые сплавы - самые легкие из всех конструкционных металлов. Они в 1,5 раза легче алюминия, в 2,5 раза - титана, в 4,3 раза – стали. Значительная пружинистость позволяет сохранить круглую форму магниевого диска автомобильного колеса или магниевого велосипедного обода после самого сильного удара о препятствие. Ультралегкая магниевая велосипедная рама после снятия 600-килограммовой нагрузки деформируется всего на две десятых миллиметра.

(http://www.magperm.ru/mgwheels/2007/11/23/mgwheels_4.html).

Основное ограничение в применении магниевых сплавов - пониженная коррозионная стойкость в некоторых средах.

Чистый магний используется в металлургии для получения некоторых металлов (например, титана), для раскисления и десульфуризации в процессе производства сталей и сплавов цветных металлов. Проблема состоит в том, что даже незначительная примесь серы (в случае никеля всего лишь 0,03%) способна вконец испортить механические свойства металла. Происходит это из-за того, что тончайшая пленка хрупкого сернистого никеля разъединяет зерна металла, нарушает его структуру. Примерно так же действует на свойства этого металла и кислород.

Задачу получения ковкого никеля решило одно открытие. Присадка магния в расплавленный металл перед разливкой освобождает никель от примесей: магний активно связывает, «принимает на себя» серу и кислород, связывая их в сульфиды и оксиды, которые нерастворимы в жидком металле и удаляются как шлаки. Это открытие было сделано еще в 70-х годах позапрошлого века, и с тех пор спрос на никель стал расти.

http://n-t.ru/ri/ps/pb028.htm

Магний входит в состав хлорофилла. В общей массе хлорофилла растений Земли содержится около 100 млрд. т магния.

23 Изотоп 48Ca - наиболее эффективный и употребительный материал для производства сверхтяжёлых элементов и открытия новых элементов таблицы Менделеева. В случае использования ионов 48Ca для получения сверхтяжёлых элементов на ускорителях ядра этих элементов образуются в сотни и тысячи раз эффективней, чем при использовании других тяжелых ионов.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D1%86%D0%B8%D0%B9

24 Металлический барий сильный восстановитель. С его помощью при восстановлении хлорида америция (1100°) и фторида кюрия (1300°) были получены элементы америций и кюрий.

http://referats-collection.ru/collect/76/81076.html

Лебедев Ю.А. Лекция 4

37

25 Когда кальций в виде сплавов и лигатуры был востребован металлургической отраслью страны в значительных объемах (для десульфурации, раскисления сталей и чугунов, легирования сплавов цветных металлов). Нужно было только найти эффективный способ ввода кальция в расплав (неизбежные «потери» кальция обусловлены его низкой плотностью, низкой температурой кипения; а также высокой упругостью пара и высоким сродством к кислороду). Способов ввода кальция в расплав было опробовано немало: сначала кальций вводили в расплавленный металл в виде кусков, затем в виде брикетов, позднее в виде порошка (путем вдувания через фурмы), пробовали вводить даже в виде пуль определенного размера и формы (порошок кальция упаковывался в алюминиевую капсулу, формировался в виде пули и выстреливался в расплав) и т.п. Но это применение кальция не было экономически оправданным. Для эффективного ввода кальция в расплав была разработана порошковая проволока, представляющая собой непрерывную тонкостенную стальную оболочку, заполненную наполнителем – порошком или гранулами кальция (или сплавов кальция с алюминием, железом, кремнием, магнием, редкоземельными металлами). Стальная оболочка порошковой проволоки тормозила взаимодействие компонентов наполнителя с расплавленным металлом, надежно защищала наполнитель от окисления при прохождении через шлак, ограждала от воздействия атмосферы и влаги при хранении и транспортировке.

http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=print&sid=252

26 Сплав цезия с барием является лучшим из известных материалов для выпрямления сверхмощных потоков электроэнергии (превосходя в этом отношении ртутные и полупроводниковые вентили) и в будущем займёт важнейшее положение в большой энергетике и космических электроракетных установках. Одним из его отличительных особенностей является возможность выпрямления и коммутирования чудовищных мощностей в импульсном режиме.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B5%D0%B7%D0%B8%D0%B9

27 Не в последнюю очередь это связано с тем, что в больших объёмах закупает этот серебристый металл Китай, ведь стронций традиционно используется в производстве фейерверков. В пиротехнике применяются карбонат, нитрат, перхлорат стронция для окрашивания пламени в кирпично-красный цвет. Сплав магний-стронций обладает сильнейшими пирофорными свойствами и находит применение в пиротехнике для зажигательных и сигнальных составов.

http://www.kapital.perm.ru/number/print/221

28 Молодым семьям, планирующим детей важно помнить, что кальций влияет на систему воспроизводства (спереди у сперматозоида имеется образование в виде стрелки, которое состоит из соединений кальция, при достаточном количестве кальция сперматозоид способен преодолеть оболочку и оплодотворить яйцеклетку, при недостаточном наступает бесплодие).

http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=print&sid=252

29 Сернокислый барий задерживает рентгеновские лучи значительно лучше, чем мягкие ткани человеческого организма. Этим свойством медики пользуются для диагностики желудочных заболеваний. Больному дают на завтрак «бариевую кашу» - смесь сульфата бария с манной кашей (или водой) - и затем просвечивают рентгеновскими лучами: непрозрачная для них «бариевая каша» позволяет врачу получить точное представление о состоянии желудочно-кишечного тракта и определить место заболевания. Благодаря способности поглощать рентгеновские лучи и гамма-лучи барит служит надежным защитным материалом в рентгеновских установках и ядерных реакторах.

http://www.chemistry.narod.ru/tablici/Elementi/BA/BA.HTM

Лебедев Ю.А. Лекция 4

38

30 Пероксид бария используется в пиротехнике и как окислитель. Нитрат бария используется в пиротехнике для окрашивания пламени(зеленый огонь).

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B0%D1%80%D0%B8%D0%B9

31 Tитанат бария (BaTiO3) – сегнетоэлектрик. Он сохраняет сегнетоэлектрические свойства в очень большом интервале температуры – от близкой к абсолютному нулю до +125°C. Это обстоятельство, а также большая механическая прочность и влагостойкость титаната бария способствовали тому, что он стал одним из самых важных сегнетоэлектриков.

http://n-t.ru/ri/ps/pb056.htm

32 Пероксид натрия имеет важное практическое применение. В реакции пероксида натрия с углекислым газом выделяется кислород:

2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2

Эта реакция используется для получения кислорода в дыхательных аппаратах для подводников и пожарных.

http://www.krugosvet.ru/articles/118/1011825/1011825a1.htm#1011825-L-103

Соседние файлы в папке Химия Лекции Лебедев Ю.А.