Путешествие №1 по зоопарку элементов

Водород, гелий, литий, бериллий, бор

Борис Дружинин
«Квантик» №12, 2015

Путешествие № 1 по зоопарку элементов. Художник Анна Горлач («Квантик» №12, 2015)

Надеюсь, каждый хоть разок побывал в зоопарке. Ходишь и любуешься на сидящих в клетках зверушек. Сейчас мы тоже отправимся в путешествие по удивительному «зоопарку», только в клетках будут находиться не звери, а различные атомы. «Зоопарк» этот носит имя своего создателя Дмитрия Ивановича Менделеева и называется «Периодическая система химических элементов» или попросту «таблица Менделеева».

В настоящем зоопарке в клетке могут жить сразу несколько зверушек с одним названием, например, в одной клетке помещается семья кроликов, а в другой — семья лис. И в нашем «зоопарке» в клетке «сидят» атомы-родственники, по-научному — изотопы. Какие же атомы считаются родственниками? Физики установили, что любой атом состоит из ядра и оболочки из электронов. В свою очередь, ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Так вот, ядра атомов у «родственников» содержат одинаковое количество протонов и разное количество нейтронов.

На данный момент последним в таблице значится ливерморий, вписанный в клетку под № 116. Столько элементов, и у каждого своя история. В названиях много любопытного. Как правило, имя элементу давал учёный, его открывший, и только с начала ХХ века названия присваивает Международная ассоциация фундаментальной и прикладной химии.

Многие элементы названы в честь древнегреческих богов и героев мифов, великих учёных. Есть географические названия, в том числе связанные с Россией.

Существует легенда, что Менделееву повезло — таблица ему просто приснилась. Возможно. Но великий французский учёный Блез Паскаль как-то заметил, что случайные открытия совершают только подготовленные умы. А уж у кого ум был подготовлен ко встрече с периодической таблицей, так это у Дмитрия Ивановича, так как он много лет работал над этой проблемой.

А теперь отправимся в путь!

Водород (H)

Путешествие № 1 по зоопарку элементов. Художник Анна Горлач («Квантик» №12, 2015)

В клетке № 1 нашего зоопарка «живёт» водород. Так его назвал великий учёный Антуан Лавуазье. Он и дал этому элементу имя hydrogène (от греч. ὕδωρ — «вода» и корня -γεν- «рождать»), что означает «рождающий воду». Российский физик и химик Михаил Фёдорович Соловьёв перевёл это название на русский язык — водород. Водород обозначается буквой Н, это единственный элемент, изотопы которого имеют собственные имена: 1Н — протий, 2Н — дейтерий, 3Н — тритий, 4Н — квадий, 5Н — пентий, 6Н — гексий и 7Н — септий (верхний индекс обозначает общее количество протонов и нейтронов в ядре атома).

Практически вся наша Вселенная состоит из водорода — на его долю приходится 88,6% всех атомов. Когда мы наблюдаем в небе Солнце, мы видим огромный шар из водорода.

Водород — самый лёгкий газ и, казалось бы, им выгодно наполнять воздушные шары, но он взрывоопасный, и с ним предпочитают не связываться, даже в ущерб грузоподъёмности.

Гелий (He)

В клетке № 2 находится благородный газ гелий. Название гелий получил от греческого имени Солнца — Ἥλιος (Гелиос), потому что его сначала обнаружили на Солнце. Как это удалось?

Ещё Исаак Ньютон выяснил, что видимый нами свет состоит из отдельных линий разных цветов. В середине XIX века учёные определили, что каждому веществу соответствует свой набор таких линий, совсем как у каждого человека есть свои отпечатки пальцев. Так вот, в лучах Солнца обнаружили ярко-жёлтую линию, не принадлежащую ни одному из ранее известных химических элементов. И только три десятилетия спустя гелий нашли на Земле.

Гелий относится к инертным газам. Другое название — благородные газы. Такие газы не горят, поэтому ими предпочитают наполнять воздушные шары, хотя гелий тяжелее водорода в 2 раза, что понижает грузоподъёмность.

Гелий — рекордсмен. Он переходит из газообразного в жидкое состояние, когда все элементы давно уже твёрдые: при температуре −268,93 °C, а в твёрдое состояние при нормальном давлении вообще не переходит. Только при давлении в 25 атмосфер и температуре −272,2 °C гелий становится твёрдым.

Литий (Li)

Клетку № 3 занимает литий. Литий своё название получил от греческого слова λίθος (камень), так как первоначально был обнаружен в минералах.

Бывает так называемое железное дерево, тонущее в воде, а бывает особо легкий металл литий — он, наоборот, в воде не тонет. И не только в воде — ни в какой другой жидкости тоже. Плотность лития почти в 2 раза меньше плотности воды. Он вообще не очень похож на металл — слишком мягкий. Да и плавать долго не мог бы — в воде литий с шипением растворяется.

Небольшие добавки лития повышают прочность и пластичность алюминия, что очень важно в авиации и ракетостроении. При реакции пероксида лития с углекислым газом выделяется кислород, что применяется для очистки воздуха в изолированных помещениях, например, на подводных лодках или космических кораблях.

Бериллий (Be)

Путешествие № 1 по зоопарку элементов. Художник Анна Горлач («Квантик» №12, 2015)

В клетке № 4 находится бериллий. Название произошло от минерала берилла — исходного сырья для получения металла бериллия. Сам же берилл получил название по индийскому городу Белур, в окрестностях которого он добывался с древних времён. Кому он был тогда нужен?

Вспомните волшебника Изумрудного города — Великого и Ужасного Гудвина. Он заставлял всех носить зелёные очки, чтобы его город казался «изумрудным», а значит, и очень богатым. Так вот, изумруд — одна из разновидностей берилла, некоторые изумруды ценятся дороже алмаза. Так что в древности знали, зачем разрабатывать месторождения берилла.

В пятитомной энциклопедии «Вселенная и человечество» 1896 года издания про бериллий написано: «Практического применения не имеет». И много ещё прошло времени, прежде чем люди разглядели его удивительные свойства. Например, бериллий внёс свой вклад в развитие ядерной физики. Именно после его облучения ядрами гелия учёные открыли такую важную элементарную частицу, как нейтрон.

Поистине уникальным является сплав бериллия с медью — бериллиевая бронза. Если большинство металлов со временем «стареет», теряет прочность, то бериллиевая бронза как раз наоборот, со временем «молодеет», её прочность возрастает. Пружины из неё практически не изнашиваются.

Бор (В)

Путешествие № 1 по зоопарку элементов. Художник Анна Горлач («Квантик» №12, 2015)

Бор занимает клетку № 5. Не надо думать, что этот элемент назвали в честь вратаря датского футбольного клуба «Академиск» Нильса Бора, впоследствии великого физика. Нет, своё имя элемент получил от персидского слова «бурах» или от арабского слова «бурак» (белый), которыми обозначали соединение бора — буру. Но мне больше нравится версия, что «бурак» не арабское, а чисто украинское слово, по-русски — «свёкла».

Бор — очень прочный материал, у него самый большой предел прочности на разрыв. Если соединение бора и азота нагреть до температуры 1350 °C при давлении 65 тысяч атмосфер (это сейчас технически достижимо), то можно получить кристаллы, способные поцарапать алмаз. Абразивные материалы, изготовленные на основе соединений бора, не уступают алмазным и при этом гораздо дешевле их.

В сплавы цветных и чёрных металлов бор обычно вводят для улучшения их свойств. Соединения бора с водородом — бораны — прекрасное ракетное топливо, почти в два раза эффективнее традиционного. Есть работа для бора и в сельском хозяйстве: бор добавляют в удобрения, потому что при его недостатке в почве заметно уменьшаются урожаи многих культур.

Художник Анна Горлач


4
Показать комментарии (4)
Свернуть комментарии (4)

  • cpr  | 10.03.2017 | 11:47 Ответить
    Спасибо, занимательно.
    А дальше?
    Ответить
    • Hom > cpr | 11.03.2017 | 19:17 Ответить
      Извините, но "план зоопарка", который держит в руках бородач устарел!
      Посмею высказать своё скромное, но твёрдое мнение. Оно основывается на "The application of the group SU(2) x SU(2) x (SO(4,2) to the periodic table of chemical elements. Применение этой группы симметрии Румера - Фета даёт корректную, полную, завершенную систему химических элементов! Систему без всякого произвола и невнятных исключений из суррогатного "принципа" Afbau. Гениальный Новосибирский учёный Ю.И.Кулаков внес в эту тематику полную ясность и простоту.

      P.S.Никаких каверзных границ периодов и тупиковых заморочек, оставленных изобретённым, выдуманным "принципом" Afbau! В ХХ веке "принцип" Afbau стал своеобразной, но весьма модной заменой, затычкой (якобы) создающей впечатление системности.
      Ответить
  • Скеп-тик  | 13.03.2017 | 15:15 Ответить
    У бора есть одно странное свойство - борная кислота есть, а солей борной кислоты - нет! Соли только ортоборной кислоты.
    С другой стороны - в природе не может существовать кремниевая кислота, а солей кремниевой кислоты - сколько угодно, силикаты.
    Ответить
    • Hom > Скеп-тик | 19.03.2017 | 10:31 Ответить
      Теодор Грей Элементы
      Шикарная книга для любознательных,
      но страницы 1-13 безнадёжно устарели!
      Ответить
Написать комментарий
Элементы

© 2005-2017 «Элементы»