Путешествие № 7 по зоопарку элементов

Борис Дружинин
«Квантик» №7, 2017

Галлий (Ga)

В клетке № 31 обитает галлий. Создавая свою таблицу, Менделеев оставил в ней пустые клетки для ещё не открытых элементов. Более того, он описал свойства этих элементов и указал способы их обнаружения. Один из таких элементов, который должен был попасть в клетку № 31, он назвал экаалюминий (потому что клеткой выше располагался алюминий).

27 августа 1875 года француз Поль Лекок открыл новый элемент и дал ему имя галлий по латинскому названию Франции (Gallia). Менделеев ознакомился со свойствами галлия и заявил, что это не что иное, как предсказанный им экаалюминий. При этом он заметил, что плотность галлия определена неверно. Лекок, естественно, провёл измерения с повышенной точностью с целью доказать свою правоту. Измерил и убедился, что прав-то Менделеев.

Чем же интересен галлий?

Обыкновенным ртутным градусником можно измерять температуру от −39°C до 357°C, спиртовым — от −115°C до 78°C, а галлиевым — от 30°C аж до 2200°C. Дело в том, что галлий плавится при температуре 29,76°C — второй металл по легкоплавкости после ртути. Но, в отличие от ртути, он малотоксичен, что делает его привлекательным для изготовления медицинских термометров. В них обычно используют не чистый галлий, а сплав с индием и оловом, содержащий более 68% галлия. Сплав галлия с индием плавится уже при 16°C, а при добавлении олова температура плавления ещё снижается.

А ещё галлий, как и вода, расширяется при замерзании. Это следует учитывать владельцам галлиевых градусников: при охлаждении до −19°C расширившийся галлий просто разорвёт такой термометр. Значит, брать его в зимний поход не следует! Соединения галлия используются в полупроводниковых лазерах и светодиодах синего и ультрафиолетового диапазонов.

Германий (Ge)

Германий «живёт» в клетке № 32. Судьбы галлия и германия похожи. Клетку № 32 Менделеев оставил пустой для не открытого ещё элемента, назвал его экасилиций (потому что клеткой выше был кремний, латинское название которого — silicium) и предсказал его атомную массу и другие свойства. Германий открыл в 1886 году немецкий химик Клеменс Винклер, изучая минерал аргиродит. Определив свойства нового элемента, он отправил Менделееву письмо:

«Милостивый государь! Разрешите передать Вам, что мной обнаружен новый элемент германий. Сначала я был того мнения, что этот элемент заполняет пробел между сурьмой и висмутом в Вашей замечательно проникновенно построенной периодической системе и что этот элемент совпадает с Вашей экасурьмой, но всё указывает на то, что здесь мы имеем дело с экасилицием.

Я надеюсь вскоре сообщить Вам более подробно об этом интересном веществе; сегодня я ограничиваюсь лишь тем, что уведомляю Вас о весьма вероятном триумфе Вашего гениального исследования и свидетельствую Вам своё почтение и глубочайшее уважение».

Менделеев ответил:

«Так как открытие германия является венцом периодической системы, то Вам, как „отцу“ германия, принадлежит этот венец; для меня же является ценной моя роль предшественника и то дружеское отношение, которое я встретил у Вас».

Сейчас германий используется в электронике в качестве полупроводника. Первый в мире германиевый транзистор создан в 1948 году, за что учёные из США Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Браттейн в 1956 году получили Нобелевскую премию. Очень скоро в мире выпускались уже миллиарды таких приборов.

До 1965 года большая часть полупроводниковых приборов делалась на германиевой основе. Но потом германий стал постепенно вытесняться кремнием. Тем не менее и сейчас позиции германия достаточно прочны. Физические свойства германия делают его практически незаменимым при изготовлении туннельных диодов.

Мышьяк (As)

Мышьяк занимает клетку № 33. Слово «мышьяк» знакомо в первую очередь тем, кому в ходе лечения зуба удаляли из него нерв. Первым делом дупло заполняли мышьяком. Пару дней зуб неприятно ныл. Потом уже над зубом начинал колдовать врач.

Да, «мышьяк» — название яда. Им с древности травили вредных грызунов, что и отразилось в русском названии вещества. Ядовитый порошок («белый мышьяк», как его называют в технике) — это оксид химического элемента мышьяка. Химический элемент получил в русском языке своё имя от знаменитого яда. Латинское название элемента — arsenicum. Яды всегда были обычным орудием устранения политических и прочих конкурентов, и главным компонентом многих ядов был мышьяк. Именно мышьяком, по одной из версий, отравили Наполеона в ссылке на острове Святой Елены.

Но, как и большинство известных ядов, мышьяк может быть и лекарством. Например, недавно было обнаружено, что белый мышьяк может применяться для лечения лейкемии.

Очень перспективная область применения мышьяка — несомненно, полупроводниковая техника.

Селен (Se)

В клетке № 34 находится селен. Селен открыл в 1817 году известный шведский химик начала XIX века Йенс Берцелиус. За химическое сходство с теллуром (о котором ещё пойдёт речь) он и получил своё имя (на латыни Tellus — ‘Земля’, Selenе от греческого Σελήνη — ‘Луна’).

Ещё 50 лет назад в металлургическом справочнике писали: «Из всех областей применения селена самой старой и, несомненно, самой обширной является стекольная и керамическая промышленность». Селен добавляли в стеклянную массу, чтобы обесцветить стекло. Соединение селена с кадмием — основной краситель при получении рубинового стекла; этим же веществом придавали красный цвет керамике и эмалям.

Но очень скоро стекло и керамика отошли на второй план. Сейчас главный потребитель селена — полупроводниковая техника. Селен в паре с кадмием образует прекрасный выпрямитель. Ещё одно важное свойство селена — резкое увеличение электропроводности под действием света. На этом свойстве работают селеновые фотоэлементы и другие приборы.

Бром (Br)

В клетке № 35 расположился бром. Его открыл в 1826 году Антуан Балар — скромный лаборант известного в XIX веке профессора Жана Ангада. Но за год до этого колбы с таким же веществом ждали исследования у немецких химиков — Карла Лёвига, тогда ещё студента, и Юстуса Либиха, в будущем известного учёного. Но ни Лёвиг, ни Либих не поняли, что в их руках новый элемент, и слава первооткрывателя досталась Балару. По этому поводу другой известный химик Шарль Жерар пошутил, что «не Балар открыл бром, а бром открыл Балара». Действительно, вскоре Балар «пошёл в гору», стал профессором университета в Монпелье и был избран в Парижскую академию наук.

Балар нашёл новый элемент, изучая рассолы соляных промыслов, поэтому назвал его мурид от латинского muria — ‘рассол’. Но от этого «мурида» шёл резкий неприятный запах, и Жозеф Гей-Люссак предложил переименовать его в бром (от древнегреческого βρῶμος — ‘вонючка’, ‘зловонный’). В нормальных условиях бром — это тяжёлая едкая жидкость красно-бурого цвета. Температура его плавления −7°C.

Вскоре после открытия брома ему нашлось применение в медицине. Врачи прописывали пациентам с нервными заболеваниями принимать для успокоения растворы бромистого натрия или бромистого калия. Ещё недавно во времена плёночной фотографии бромид серебра применялся как светочувствительное вещество. Он также используется для создания антипиренов — добавок, придающих пожароустойчивость пластикам, древесине, текстильным материалам.

Многие органические соединения брома применяются для борьбы с болезнями растений и сорняками, а ещё для уничтожения различных паразитов, вредителей (портящих зерно, древесину, кожу, шерсть, хлопок) и переносчиков опасных заболеваний человека.

Художник Мария Усеинова