Книга по химии для домашнего чтения - Степин Борис Дмитриевич

5.31. МНОГОЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ

Считается, что металлический цвет — это серебристо-белый или серый. Все ли металлы такого цвета?

Широко известно, что медь Cu имеет ярко выраженный розово-красный цвет. Очень чистое золото Au — желто-зеленого цвета. Щелочной металл цезий Cs — светложелтый, а тяжелый металл из семейства платины осмий Os — светло-голубого цвета. Искусственно полученный металл технеций Tc имеет серебристый цвет с коричневым оттенком.

5.32. ЗОЛОТИСТАЯ СТАЛЬ

Обычная сталь — серого цвета, есть даже выражение «стальной цвет». Но можно изменить цвет этого материала на золотистый путем нанесения на сталь покрытия из нитрида титана TiNx. В вакуумной камере в среде азота плазменная дуга испаряет титан Ti, а его пары, прореагировав с азотом, превращаются в нестехиометрические нитриды титана, которые, оседая на поверхности быстрорежущей стали, образуют прочное износостойкое покрытие золотистого цвета. Инструменты из такой стали почти не имеют конкуренции — разве только с алмазсодержащими хромированными изделиями.

Кстати, этим методом делают и тонированные «под золото» зубные протезы.

Алхимики для окраски металлов применяли «божественную воду», которой был водный раствор полисульфида кальция CaSx (x≥2) и сульфита кальция CaSO3 зеленовато-желтого цвета. После погружения в такой раствор пластинки или изделия из хрома, свинца или олова приобретали желтовато-золотистый цвет. «Божественную воду» алхимики получали кипячением смеси серы S, гидроксида кальция Ca(OH)2 и воды H2O:

5S + 3Са(ОН)2 = 2CaS2 + CaSO3 + 3Н2O.

5.33. СТРАННЫЙ НИТИНОЛ

Кусок проволоки при комнатной температуре был упруг как сталь. В холодной же воде проволока вдруг стала мягкой. Ее согнули, и она осталась согнутой… Когда же ее погрузили в горячую воду, то произошло невероятное: проволока распрямилась с силой, как пружина, и приняла первоначальную форму, которую имела до обработки ее холодной водой.

Проволока была изготовлена из никелево-титанового сплава Ni—Ti. Такой сплав называют нитинолом. Пластину и проволоку из нитинола используют для изготовления тепловых двигателей, позволяющих тепловую энергию превращать непосредственно в механическую в результате перехода от одних кристаллических структур к другим. Такие двигатели могут использовать тепловую энергию океанов, морей, тепловых морских течений, подобных Гольфстриму, преобразуя ее в движение турбин, насосов, роторов генераторов электрической энергии и т. п.

5.34. КАПРИЗНЫЙ ТИТАН

Титан Ti получают восстановлением тетрахлорида титана TiCl4 магнием Mg:

TiCl4 + 2Mg = Ti↓ + 2MgCl2.

Образующийся титан очень пористый, напоминает губку. Если реакцию вели в атмосфере аргона, то получается пластичный и весьма химически активный металл, который реагирует с хлороводородной кислотой с выделением водорода H2 и образованием фиолетового раствора, содержащего трихлорид титана TiCl3:

2Ti + 6HCl = 2TiCl3 + 3Н2↑.

Если в реактор вместе с аргоном попадает воздух, на поверхности металла образуется тонкий, но прочный слой нитрида титана TiNx и оксидов состава TiO2n-1, не поддающихся воздействию разбавленных кислот; такой титан еще и хрупок (см. 4.45).

5.35. ЧТО ТАКОЕ «ПЕВКАЯ МЕДЬ»?

«Певкая медь» на самом деле не медь, а бронза — сплав меди, олова и свинца. Такой сплав прочен, легкоплавок и текуч в жидком состоянии, а после отвердения — достаточно музыкален: из него отливали колокола. Содержание меди в колокольной бронзе 75–78%, олова 20–21%, свинца 2–3%. Иногда в расплав для звонкости добавляли и серебро.

5.36. КАКУЮ БОЛЕЗНЬ НАЗЫВАЮТ «ОЛОВЯННОЙ ЧУМОЙ»?

«Оловянная чума» — это не болезнь, а своеобразное явление, связанное с существованием двух аллотропных модификаций олова. У «серого олова» («модификация) кристаллическая структура сходна со структурой алмаза и устойчива ниже 13,2° С. «Белое олово» (β-модификация) имеет тетрагональную структуру. C этим оловом мы обычно имеем дело. При температуре 13,2° C обе модификации находятся в равновесии, а на сильном морозе β-модификация переходит в α-модификацию. Поскольку плотность и кристаллическая структура модификаций разные, оловянные изделия разрушаются. Остановить начавшийся процесс невозможно, поэтому его и назвали «оловянной чумой». Правда, этот процесс на слабом морозе идет медленно. Он быстро нарастает только при температуре ниже — 25° C и достигает максимальной скорости при — 48° C (см. 9.22).

5.37. ЕГИПЕТСКИЙ ГОРШОК

Как выплавляли золото в Древнем Египте?

Производство металлов, а особенно золота Au, в Древнем Египте считалось священным искусством, а металлургические знания были покрыты тайной. Много лет спустя выяснилось, что египтяне обрабатывали золотую руду расправленным свинцом Pb, растворяющим благородные металлы, и таким образом извлекали остатки золота (а заодно и серебра) из руд. Затем расплав подвергали окислительному обжигу в горшках, свинец переходил в оксид PbO. Главный технологический секрет этого обжига — материал горшков: их делали из костной золы. При плавке PbO впитывается в стенки горшка, увлекая с собой случайные примеси, а на дне остается очищенный сплав золота и серебра (см. 1–56; 10.9–10.13).

5.38. ИНДИКАТОР СЕРЕБРА

Для распознавания серебра на поверхность изделия наносят каплю слабого раствора дихромата калия в серной кислоте.

Серебро Ag — металл благородный, поэтому взаимодействия его при контакте с разбавленными кислотами не происходит. Иное дело, если в кислоте присутствует сильный окислитель — дихромат калия K2Cr2O7. В этом случае серебро переходит в нерастворимый дихромат серебра Ag2Cr2O7 ярко-красного цвета, по которому и распознают наличие в сплаве серебра:

6Ag + 7H2SO4 + 4K2Cr2O7 = 3Ag2Cr2O7↓ + Cr2(SO4)3 + 4K2SO4 + 7Н2O.

Если серебра в сплаве меньше 25%, то дихромат серебра не образуется. Проба очень чувствительна и практически не портит изделия из исследуемого сплава, иногда, правда, остается светлое пятнышко там, где наносили каплю раствора.

5.39. ЗАГАДКА О ЦАРЕ МЕТАЛЛОВ

Два оксида реагируют между собой, и при этом получаются две кислоты, одна ~ сильная, другая — слабая, к тому же неустойчивая, при разложении превращающаяся в первую. Сильная кислота, если ее посолить, растворяет царя металлов. Какие оксиды вступили в реакцию?

Прежде всего определим, какой металл — «царь металлов». Это, безусловно, золото; растворить его можно в «царской водке» (см. 3.13) — смеси концентрированных азотной и хлороводородной (соляной) кислот [именно такая смесь получится, если посолить — добавить хлорид натрия NaCl (поваренную соль) — концентрированную азотную кислоту HNO3]. Оксиды, о которых шла речь вначале, — это диоксид азота NO2 и вода H2O (оксид диводорода). Их взаимодействие и дает смесь сильной HNO3 и слабой HNO2 кислот: