жения, высокая удельная энергоёмкость, а надёжность играет первостепенную роль (например, военные и аэрокосмические приложения).

Трифторид висмута используется для производства чрезвычайно энергоёмких батареек фторида лантана (теоретически до 3000 Вт ч/дм3, практически достигнутых – 1500…2300 Вт ч/дм3).

Переработка сильных металлов и сплавов. Лёгкие огнеупорные сплавы висмута (например, древесный сплав, розовый сплав и т.д.) используются для закрепления заготовок деталей на металлорежущих станках (точение, фрезерное сверление и т.д.) из урана, вольфрама, их сплавов и других материалов, трудно поддающихся обработке резанием.

Атомная энергия. Эвтектический сплав висмута-свинца используется в ядерных реакторах с жидкостно-металлическим хладагентом. В частности, в советском подводном флоте такие реакторы использовались на подводной лодке К-27 и семи подводных лодках проекта 705 (Лира).

Небольшое поперечное сечение захвата висмута тепловыми нейтронами и значительная способность растворения урана вместе со значительной точкой кипения и низкой агрессивностью к строительным материалам позволяют использовать висмут в однородных ядерных реакторах, которые ещё не вышли из экспериментальной стадии разработки.

1.8.14. Фосфор

Фосфор (от греческих, φῶς – свет и φέρω – перенос; φωσφόρος – светоносный; латинский фосфор) – химический элемент 15-й группы (по устаревшей классификации – основной подгруппы пятой группы) третьего периода Периодической системы Д. И. Менделеева; имеет атомный номер 15. Элемент включен в группу pnictogens. Фосфор является одним из наиболее распространённых элементов земной коры: его содержание составляет 0,08…0,09% его массы. Концентрация в морской воде составляет 0,07 мг/л. В свободном состоянии не обнаружено из-за высокой химической активности. Он образует около 190 минералов, наиболее важными из которых являются апатит Ca5 (PO4)3 (F, Cl, OH), фосфорит и др. Фосфор является частью наиболее важных биологических соединений – фосфолипидов. Содержится в тканях животных, является элементом жизни и частью белков и других важных органических соединений (АТФ, ДНК).

История. Фосфор был обнаружен гамбургским алхимиком Хеннигом Брандом в 1669 г. Как и другие алхимики, Бранд пытался найти философский камень, но получил светящееся вещество. Бранд сосредоточился на экспериментах с человеческой мочой, потому что считал, что она, имея золотой цвет, может содержать золото или что-то необходимое для его извлечения. Первоначально его метод состоял в том, что моча отстаива-

62

лась в течение нескольких дней, пока неприятный запах не исчезнет, а затем кипятилась до клейкого состояния. Нагрев этой пасты до высоких температур и появление пузырьков, он надеялся, что они будут конденсированы и будут содержать золото. После нескольких часов интенсивного кипения было получено зерно белого воскового вещества, которое очень ярко горело, а также мерцало в темноте. Бренд назвал это вещество фосфором mirabilis (латинский «чудесный легкий носитель»). Открытие фосфора Брандом было первым открытием нового элемента с древности.

Картина Джозефа Райта «Алхимик, открывающий фосфор» (1771), предположительно описывает открытие фосфора фирмой Hennig Brand.

Несколько позже фосфор был получен другим немецким химиком Иоганном Кункелем.

Независимо от Бренда и Кункеля, фосфор был получен Бойлом, который описал его в своей статье «Способ получения фосфора из человеческой мочи» от 14 октября 1680 г. и опубликован в 1693 г. Более изысканный метод получения фосфора был опубликован в 1743 г. Андреасом Маргграфом.

Имеются данные о том, что фосфор был также доступен арабским алхимикам в XII в. Лавуазье доказал тот факт, что фосфор является простым веществом.

Магнитные материалы. Марганец-висмут – интерметаллический высокоферромагнитный и в больших количествах производится промышленностью для производства пластиковых магнитов. Особенностью и преимуществом такого материала является возможность быстрого и дешёвого производства постоянных магнитов (помимо непроводящего тока) любых формы и размера. Кроме того, этот магнитный материал достаточно прочен и имеет значительную коэрцитивную силу. В дополнение к соединениям висмут-марганец также известны магнитнотвёрдые соединения висмута с индом, хромом и европием, использование которых ограничено специальными технологическими областями из-за трудностей синтеза (висмута-хрома) или высокой цены второй компоненты (индия, европия).

Топливные элементы. Оксид висмута (керамические фазы VIMEVOX), легированный оксидами других металлов (ванадий, медь, никель, молибден и т.д.), обладает очень высокой электропроводностью при температурах 500…700 К и используется для получения высокотемпературных топливных элементов.

Высокотемпературная сверхпроводимость. Керамика, включающая оксиды висмута, кальция, стронция, бария, меди, иттрия и т.д., представ-

63

ляет собой высокотемпературные сверхпроводники. В последние годы исследования этих сверхпроводников выявили фазы, имеющие пики при переходе в сверхпроводящее состояние при 110 К.

Получение тетрафторгидразина. Висмут в виде тонкой стружки или порошка используется в качестве катализатора для получения тетрафторгидразина (из трифторида азота), используемого в качестве окислителя ракетного топлива.

Электроника. Состав сплава 88% Bi и 12% Sb в магнитном поле проявляет аномальный эффект магнитосопротивления. Из этого сплава изготавливаются высокоскоростные сегнетоэлектрические материалы.

Висмутовый феррит BiFeO3 в виде тонких плёнок является перспективным магнитоэлектрическим материалом. Висмут является одним из компонентов бессвинцовых припоев, а также низкоплавких припоев, используемых для установки особо чувствительных микроволновых компонентов.

Лекарственное средство. Из соединений висмута в медицине наиболее широко используется его триоксид Bi2O3. В частности, он используется в фармацевтической промышленности для производства многих лекарств для желудочно-кишечных заболеваний, а также для антисептических и целебных агентов. Кроме того, недавно на его основе был разработан ряд противоопухолевых препаратов для лечения онкологических заболеваний.

Висмут оксидхлорида используется в медицине в качестве рентгеноконтрастного агента и в качестве наполнителя при производстве кровеносных сосудов. Кроме того, в медицине широко используются такие соединения, как галлат, тартрат, карбонат, субальцицилат, субцитрат и трибромфенолат висмута. На основе этих соединений было разработано много лекарств (в том числе широко используется как вишневская мазь). В качестве противоязвенных агентов используются: титральный титрат висмута (субцитрат висмута) (код ATX A02BX05), субнитрат висмута (A02BX12), ранитидин-висмутовый цитрат (A02BA07).

Пигменты. Ванадат висмута используется в качестве пигмента (яркожёлтый цвет).

Косметика. Висмут оксида хлорида используется в качестве отбеливателя при производстве лака для ногтей, помады, теней и т.д.

1.9.МИНЕРАЛЫ ДРЕВНОСТИ И СРЕДНИХ ВЕКОВ

Впалеолите первобытным человеком в качестве орудий труда применялись кремневые отщепы (тонкозернистая разновидность кварца) с острыми краями. В древности человеку были известны и другие минералы. Так, вишнёвый гематит, жёлто-коричневый гетит и чёрные оксиды

64

марганца использовались в качестве красок для наскальной живописи и окраски тела; янтарь, нефрит, самородное золото – для изготовления ритуальных предметов, украшений и амулетов.

ВЕгипте в додистастический период (5000 – 3000 до н.э.) в быту использовались такие минералы: натуральная медь, золото и серебро использовались для ювелирных изделий. Несколько позже, из меди и её сплавов – бронзы начали изготавливать инструменты и оружие. Многие минералы использовались в качестве красителей, другие – для украшений

игравюр (бирюза, жад, хрусталь, халцедон, малахит, гранат, лазурит и гематит).

Впервом известном трактате по минералогии «На камнях» ученика Аристотеля греческого Теофраста (около 372 – 287 до н.э.) минералы были разделены на металлы, землю и камни. Около 400 лет спустя Плиний Старший (23 – 79 гг. н.э.) в последних пяти книгах «Естественная история» обобщил всю имеющуюся в то время информацию о минералогии.

Враннем Средневековье в странах арабского Востока, которые познали древнюю Грецию и древнюю Индию, произошёл расцвет науки. Среднеазиатский учёный-энциклопедист Бируни (973 – около 1050 г.) описал драгоценные камни («Минералогия») и изобрёл метод точного измерения их удельного веса. Ещё один выдающийся учёный Ибн Сина (Авиценна) (около 980 – 1037) в трактате «На камнях» дал классификацию всех известных минералов, разделив их на четыре класса: камни и землю, горючие ископаемые, соли, металлы.

Всредние века в Европе происходило накопление практической информации о минералах. Шахтёр и старатель при необходимости стали минералогами, практиками и передавали свой опыт и знания ученикам. Первым объёмом фактической информации о практической минералогии,

горной промышленности и металлургии была работа Г. Агриколы «О металлах» (De re metallica), опубликованная в 1556 г. Благодаря этому трактату и более ранней работе «О природе ископаемых» (De natura fossilium, 1546), в которых содержится классификация минералов на основе их физических свойств, Агрикола был известен как отец минералогии.

1.9.1. Гематит

Физические свойства. Сингония тригональная, дитригональноскаленоэдрический вид симметрии. Цвет кристаллов и плотных масс от серо-стального до железо-чёрного, у рыхлых и порошковатых разностей – красно-бурый. Блеск полуметаллический. Непрозрачен. Цвет черты характерный вишнёво-красный, от синевато-красного до краснокоричневого оттенков. Твёрдость 5…6. Хрупкий. Плотность 4,9…5,3.

65