Углерод играет огромную роль в жизни человека. Он используется для производства сталей.

Углерод является основой всех органических веществ. Любой живой организм состоит в основном из углерода. Углерод – основа жизни. Источником углерода для живых организмов обычно является СО2 из атмосферы или воды. В результате фотосинтеза он входит в биологические пищевые цепи, в которых живые существа едят друг друга или остатки друг друга и тем самым извлекают углерод для создания собственного тела. Биологический цикл углерода заканчивается либо окислением, либо возвратом в атмосферу, либо захоронением в виде угля или масла.

Углерод в виде ископаемого топлива: уголь и углеводороды (нефть, природныйгаз) – одинизважнейшихисточниковэнергиидлячеловечества.

1.8.8. Сурьма

Сурьма (химический символ – Sb, Latin Stibium) является химическим элементом 15-й группы (по устаревшей классификации – основной подгруппы пятой группы) пятого периода Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева; имеет атомное число 51. Простым сурьмяным веществом является серебристо-белый полуметалл с голубоватым оттенком и крупнозернистой структурой. Существует четыре металлические аллотропные модификации сурьмы при разных давлениях и три аморфные модификации (взрывчатая, чёрная и жёлтая сурьма).

История. Сурьма известна с древних времён. В странах Востока он использовался около 3000 лет до н.э. для производства судов. В Древнем Египте уже в XIX в. до н.э. для чёрных бровей использовался порошок сурьмяного блеска (натуральный Sb2S3), называемый местен или стебель. Подробное описание свойств и методов получения сурьмы и её соединений впервые было дано алхимиком Василием Валентином (Германия) в 1604 г. В 1789 году А. Лавуазье включил сурьму в список химических элементов, называемых антимоинами (современный английский сурьма, испанский и итальянский антимони). Русское слово «сурьма» произошло от турецкого и крымско-татарского «сурма»; он был обозначен свинцовым глянцевым порошком PbS (по другим источникам, «сурьма» – от персидского «сурме» – металла).

Физические свойства. Сурьма в свободном состоянии образует серебристо-белые кристаллы с металлическим блеском, плотность – 6,68 г/см³. Вспоминая о появлении металла, кристаллическая сурьма обладает большей хрупкостью и меньшей тепловой и электрической прово-

49

димостью. В отличие от большинства других металлов, когда они затвердевают, он расширяется. Примесь сурьмы снижает температуру плавления и кристаллизацию свинца, а сплав при отверждении расширяется несколько по объёму.

Применение. Сурьма всё чаще используется в полупроводниковой промышленности при производстве диодов, инфракрасных детекторов, устройств с эффектом Холла. Это компонент свинцовых сплавов, увеличивающий их твёрдость и механическую прочность. Сфера применения включает: батареи, антифрикционные сплавы, печатные сплавы, стрелковое оружие и трассирующие пули, оболочка кабеля, лекарства, антипротозоалы, пайка – некоторые бессвинцовые припои содержат 5% Sb, использование в печатных машинах для линотипов.

Вместе с оловом и медью сурьма образует металлический сплав – баббит, который обладает антифрикционными свойствами и используется в подшипниках скольжения. Кроме того, Sb добавляют к металлам, предназначенным для тонких отливок.

Соединения сурьмы в форме оксидов, сульфидов, антимоната натрия и трихлорида сурьмы используются при производстве огнеупорных соединений, керамических эмалей, стекла, красок и керамических изделий. Триоксид сурьмы является наиболее важным соединением сурьмы и в основном используется в композициях, не содержащих горение. Сульфид сурьмы является одним из ингредиентов в головках спичек.

Природный сульфид сурьмы, стибнит использовали в библейские времена в медицине и косметике. Стибнит по-прежнему используется в некоторых развивающихся странах в качестве лекарственного средства. В лечении лейшманиоза применяют соединения сурьмы, например мег- лумин-антимонаты (глюкантимид) и стироглюконат натрия (пентостам).

1.8.9. Ртуть

Историческая справка.

Ртуть является элементом вторичной подгруппы второй группы шестого периода Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 80. Он обозначается символом Hg (Latin Hydrargyrum). Простым ртутным веществом (номер CAS: 7439-97-6) является переходный металл, при комнатной температуре – это тяжёлая се- ребристо-белая жидкость, пары которой чрезвычайно токсичны. Ртуть является одним из двух химических элементов (и одного металла), простые вещества которого находятся в жидком агрегатном состоянии в нормальных условиях (вторым элементом является бром).

50

Самородная ртуть была известна за 2000 лет до н.э. народам Индии и Китая. Они, а также греки и римляне использовали киноварь (естественный HgS) как цветное, лекарственное и косметическое средство.

Греческий Dioscorides (I в. н.э.), нагревая киноварь в железном сосуде с крышкой, получал ртуть в виде паров, которые конденсируются на холодной внутренней поверхности крышки. Продукт реакции назывался гидрагирозом (от греческого Hydro – water и argyros – серебро), т.е. жидким серебром, откуда прибыл лат. гидраргирум, а также argentum vivum – живое серебро.

Последнее сохранилось в названиях Mercury Quicksilver (английский) и Quecksilber (немецкий). Происхождение русского названия ртути не установлено. Алхимики считали, что ртуть является основной составляющей всех металлов. «Фиксация» ртути (переход в твёрдое состояние) была признана первым условием её превращения в золото. Первая ртуть была впервые получена в декабре 1759 г. петербургскими академиками И. А. Брауном и М. В. Ломоносовым.

Учёным удалось заморозить ртуть в смеси снега и концентрированной азотной кислоты. В экспериментах Ломоносова отверждённая ртуть оказалась ковкой, как свинец. Известие о «фиксации» ртути вызвало сенсацию в научном мире того времени; это было одно из самых убедительных доказательств того, что ртуть – это тот же металл, что и все остальные.

Ртуть – единственный металл, который является жидким при комнатной температуре. Обладает свойствами диамагнитного материала. Формы со многими металлами жидкие сплавы – амальгамы. Только железо, марганец и никель не объединены. Ртуть – малоактивный металл.

Ртуть не растворяется в кислотных растворах, которые не обладают окислительными свойствами, но растворяются в королевской водке и азотной кислоте, образуя соли двухвалентной ртути. Когда ртуть растворяется в азотной кислоте на холоде, образуется нитрат Hg2 (NO3)2.

Из элементов группы IIB именно в ртути можно разрушить очень стабильную электронную оболочку 6d10, что приводит к возможности существования соединений ртути (+4). Таким образом, помимо слаборастворимой Hg2F2 и разлагаемой воды HgF2, также имеется HgF4, полученный взаимодействием атомов ртути и смеси неона и фтора при температуре 4 К.

Применение. Медицина. Лекарственное средство. Из-за высокой токсичности ртуть почти полностью вытесняется из медицинских продуктов. Её соединения (в частности, мертиолат) используются в качестве консерванта для вакцин. Сама ртуть хранится в медицинских термометрах (один медицинский термометр содержит до 2 г ртути).

Однако до 1970-х годов ртутные соединения очень активно использовались в медицине: хлорид ртути (I) (каломель) является слабительным;

51

Меркузал и промеран – сильный мочегонный препарат; хлорид ртути (II), цианид ртути (II), оксид амохлорида ртути и оксид жёлтой ртути (II) являются антисептиками (включая мази).

Серебро амальгамы используется в стоматологии как материал зубных пломб.

В радиофармакологии используется ртуть-203 (T1/2 = 53 с). Оборудование. Меркурий используется в качестве рабочей жидкости

в ртутных термометрах (особенно высокоточных), поскольку:

а) он имеет довольно широкий диапазон, в котором он находится в жидком состоянии;

б) коэффициент его теплового расширения почти не зависит от температуры;

c) имеет относительно низкую теплоёмкость.

Для низкотемпературных термометров используется ртутный сплав с таллием.

Пары ртути заполняются люминесцентными лампами, так как пар светится в тлеющем разряде. В спектре излучения паров ртути много ультрафиолетового света, чтобы преобразовать его в видимый свет, стекло люминесцентных ламп изнутри покрывают люминофором. Без люминофора ртутные лампы являются источником твёрдого ультрафиолетового излучения (254 нм), в котором они используются. Такие лампы выполнены из кварцевого стекла, которое передаёт ультрафиолет, поэтому их называют кварцевыми стёклами.

Ртуть и её сплавы используются в герметично закрытых переключателях, которые включаются в определенном положении.

Меркурий используется в датчиках положения в некоторых химических источниках тока (например, ртуть-цинк), в источниках опорного напряжения (нормальный элемент Weston).

Ртуть также иногда используется в качестве рабочей жидкости в тяжёлых гидродинамических подшипниках.

Ранее Меркурий был частью некоторых биоцидных красок, чтобы предотвратить загрязнение судов в морской воде. Теперь использовать этот тип покрытия запрещено.

В качестве полупроводникового детектора радиоактивного излучения используется иодид ртути.

Фульминатная ртуть (Rattlesnake mercury) уже давно используется в качестве инициирующих взрывчатых веществ (детонаторов).

Бромистая ртуть используется при термохимическом разложении воды на водород и кислород (атомная водородная энергия).

52