Использование редких и рассеянные металлов


Редкие металлы применяются также для изготовления электронных ламп, которые являются основой современной радиотехники (радиоприемников, телевизоров и т. д.). Создать электронную лампу без редких металлов невозможно. Для изготовления электронной лампы необходимы молибден, вольфрам, цирконий, торий, бериллий.

Редкие металлы используются для измерения высоких температур; это производится так называемыми термопарами — приборами, в которых от нагревания проволок из двух разных металлов возникает электрический ток. Чем выше температура нагревания, тем сильнее возникающий ток. В термопарах используется редкий очень тугоплавкий металл рений.

Обыкновенным ртутным термометром можно измерять температуру только до +360°, при которой ртуть начинает закипать. Более высокие температуры можно измерять только с помощью редких металлов в термометрах, сделанных из огнеупорного стекла, при этом ртуть заменяют редким металлом галлием. Он закипает при очень высокой температуре (2300°).

Фотоэлемент помогает проверять качество изготовленных деталей. Если зубья шестеренки неодинаковы, то они при вращении будут неравномерно пропускать свет и фотоэлемент даст неодинаковые сигналы.
Фотоэлемент помогает проверять качество изготовленных деталей. Если зубья шестеренки неодинаковы, то они при вращении будут неравномерно пропускать свет и фотоэлемент даст неодинаковые сигналы.

Очень важное применение имеют редкие металлы — ванадий, вольфрам, молибден, бериллий, рений и др. — в химической промышленности в качестве катализаторов (ускорителей химических реакций), где редкие металлы постепенно вытесняют дорогостоящую платину.

Кроме того, существуют так называемые полупроводниковые элементы, к ним относятся и некоторые редкие металлы: германий, селен, теллур и др. Их особые электрические свойства позволяют усовершенствовать конструкции многих сложных приборов.

Редкие радиоактивные металлы — сырье для получения атомной энергии.

Но этим не исчерпывается применение редких металлов. Они используются в биологии, а также в медицине. Хотя такие редкие металлы, как радий, уран, торий, лантан, церий, самарий и др., находятся в организмах животных и в растениях в очень незначительных количествах, составляя миллионные доли процента, но без них организмы не могут существовать. В медицине редкие металлы используются для лечения очень многих заболеваний.

Прибавление в почву незначительных долей радия способствует росту многих растений.

Титан относится к группе редких металлов. Между тем, как установлено, это один из самых распространенных металлов в земной коре: он составляет по весу 0,63% ее. Предполагают, что титана содержится в земной коре больше, чем меди, свинца, олова, цинка, никеля и благородных металлов вместе взятых. Открыт он был давно, более полутораста лет назад, в 1795 г., немецким ученым Клапротом. Что же служило препятствием к освоению титана? Химическая активность чистого титана: в процессе производства в расплавленном состоянии он моментально соединяется с кислородом, азотом и углеродом. Титан взаимодействует со всеми известными огнеупорными материалами, из которых сделаны плавильные печи, поэтому-то в чистом виде получать его очень трудно. Для получения титана в чистом виде разработан процесс, который состоит из многих очень сложных операций, требующих большого количества ценных и дорогих материалов.

Дороговизна получения чистого титана долго мешала его широкому использованию промышленностью. Чистый титан обладает исключительно ценным свойством — сочетанием легкости (удельный вес его равен 4,5) с большой прочностью, равной прочности стали. В недалеком будущем в авиации нержавеющая сталь, алюминиевые и магниевые сплавы будут заменены титановыми, так как они прочнее. Титан обладает очень высокой температурой плавления (1725°) и температурой кипения (более 3000°), т. е. он более тугоплавкий, чем сталь. Другое замечательное свойство титана — необычайная стойкость к воздействию сильных кислот и щелочей. Он не разъедается даже такой сильной кислотой, как «царская водка» (смесь соляной и азотной кислот), которая растворяет благородные металлы — золото и платину. Титан не поддается ржавлению, разъеданию под влиянием кислорода воздуха, атмосферной и даже сильно минерализованной морской воды. Это очень ценное антикоррозионное свойство титана позволяет использовать его в строительстве морских судов. Стойкость титана к разъедающему действию морской воды равна стойкости платины.

Титан обладает интересной способностью поглощать кислород и азот из расплавленной стали, что способствует увеличению твердости и прочности сплавов, поэтому он широко применяется в металлургической промышленности.

Из титана делают детали реактивных самолетов, его используют в медицине, в атомной промышленности и во многих других областях.

Но и все остальные редкие металлы не менее важны. Даже ничтожно малые количества рассеянных редких металлов представляют интерес для народного хозяйства. А. Е. Ферсман указывает, что, если в цинковой обманке присутствует хотя бы 0,1% металла индия, она уже не цинковая руда, а индиевая.

Редкоземельные металлы так названы потому, что в природе они встречаются очень редко, а их окислы имеют сходство с окислами некоторых металлов, которые раньше назывались «землями». Значительная часть редкоземельных металлов была открыта во второй половине XIX столетия. Наибольшее распространение из них имеет металл церий. Физические и химические свойства редкоземельных металлов очень сходны, поэтому долгое время ученым не удавалось разделить их между собой. Это было достигнуто лишь в процессе многократной кристаллизации их растворов. С тех пор редкоземельные металлы перестали быть загадкой. В последние годы удалось выяснить все основные их свойства. В народном хозяйстве редкоземельные металлы с каждым годом используются все больше и больше. Окислы церия, неодима и празеодима применяются для изготовления специальных стекол (цветных и бесцветных).

Известно, какая высокая температура достигается в процессе стекловарения. При изготовлении защитных стекол для стеклодувов широко используется смесь двух таких редкоземельных металлов, как празеодим и неодим.

В металлургии редкоземельные металлы тоже нашли свое применение. Так, добавление церия в сплавы с алюминием и магнием увеличивает сопротивление ржавлению. Сплав церия с железом используется для поглощения газов в электротехнических приборах. Церий идет также на изготовление углей для дуговых ламп в прожекторах.

К группе радиоактивных металлов относятся такие, которые, находясь в природе в очень рассеянном состоянии, обладают еще особым свойством — радиоактивностью, т. е. способностью выделять лучи разной длины; при этом процессе происходит распад ядер атомов одних металлов и превращение их в другие элементы.

Использование явления радиоактивности имеет большое значение для современной науки и техники.

В настоящее время установлено, что из всех известных в природе элементов более 20 обладают свойством радиоактивности (уран, торий, радий, полоний, калий и др.). Наиболее важный из радиоактивных металлов — уран. Он был обнаружен в 1789 г. в смоляной руде немецким ученым Клапротом и назван в честь планеты Уран. Свойства урана долго не были известны, соединения его использовали лишь для производства стойких минеральных красок. В 1896 г. французский ученый Беккерель установил радиоактивность урановой руды, а причину ее радиоактивности разгадали ученые Мария Кюри-Склодовская и Пьер Кюри. Они обнаружили в урановой руде новый металл — радий, который обладал чудесным свойством радиоактивности. В 1939 г. удалось расщепить ядро атома урана; при этом выделилось огромное количество энергии.

При расщеплении 1 Г урана освобождается энергия, в 50 млн. раз большая, чем при сгорании 1 Г угля.

В природе уран находится в небольшом количестве (0,0005% веса земной коры). В чистом виде это мягкий серебристо-белый металл с большим удельным весом —19. Температура плавления его 1133°, температура кипения 3500°.

Уран применяется во всех атомных котлах как основной источник атомной энергии. В нашей стране атомная энергия используется в мирных целях. Уже построены атомные электростанции, атомный ледокол; атомные установки в недалеком будущем будут использованы на железнодорожном транспорте и во многих отраслях народного хозяйства.