7 химических элементов, чьи свойства взорвут вам мозг
Таблица периодических элементов, что носит имя русского химика Дмитрия Менделеева, - один из наиболее известных вкладов России в мировую науку. Все мы видели её на школьных уроках химии, а некоторые даже успели запомнить, что есть «длинная» и «компактная» версии.
Смысл таблицы заключается в упорядочении химических элементов по их свойствам и атомным номерам таким образом, что она отражает периодические закономерности в изменении этих свойств. Фундаментальный инструмент в химии и других науках, позволяющий предсказывать химическое поведение элементов, их взаимодействие, а также характеристики ещё не открытых элементов.
На сегодняшний день известно 118 химических элементов. Последний подтвержденный элемент в Периодической таблице - элемент с атомным номером 118, который называется оганесон (Og). 24 из них синтезированы в лаборатории, причём последние так нестабильны, что распадаются за считанные мгновения. С другой стороны, есть теория, согласно которой искусственные элементы с большим числом нейтронов (после 120-го номера в периодической таблице) будут более стабильны.
У каждого элемента уникальные свойства. Расскажем о некоторых из них.
Самый дорогой - калифорний-252
Калифорний (Cf), занимающий 98-ю позицию в периодической таблице, один из самых редких и дорогостоящих веществ на Земле. Этот элемент не встречается в природе: его получают исключительно искусственным путем в специализированных ядерных реакторах. Процесс производства калифорния крайне сложен и занимает значительное время. Для этого используют нейтронное облучение изотопов плутония или кюрия.
Каждый этап требует точного контроля и специализированного оборудования, так как результативность преобразования очень низкая: только около 0,3% ядер плутония превращаются в калифорний-252. Этот элемент производят в крайне ограниченных количествах - всего 40-60 миллиграммов в год. Такой скромный выход объясняется не только сложностью процесса, но и значительными затратами времени и ресурсов. Несмотря на это, калифорний-252 имеет высокую стоимость и ценность благодаря уникальным свойствам, находя применение в ядерной медицине, в качестве источника нейтронов для исследований, а также в других специализированных областях науки и техники.
Цена калифорния-252 варьируется в диапазоне $27-30 млн за грамм. Производство калифорния-252 осуществляется в специализированных ядерных реакторах, таких как реактор в Национальной лаборатории Оук-Ридж (США).
Самый «жадный» - фтор
Фтор (9-я строчка) обладает наивысшей электроотрицательностью среди всех элементов (по шкале Полинга она равна 3,98). Это означает, что фтор имеет чрезвычайно сильную способность притягивать к себе электроны, что делает его одним из самых реакционноспособных элементов: он вступает в реакцию с большинством элементов, включая благородные газы при определенных условиях, что для других элементов очень редко.
Также он является самым сильным окислителем среди всех химических элементов: он способен окислить даже воду с выделением кислорода и образованием фтороводорода.
Есть и другие фториды - фтор образует соединения (фториды) практически со всеми элементами, кроме гелия и неона. Фториды имеют широкое применение в промышленности и медицине. Например, фторид натрия используется в зубных пастах для предотвращения кариеса.
Самый редкий в теле человека - радий
Радий (Ra) присутствует в теле человека, но его количество настолько мало, что его считают одним из самых редких элементов в организме. Этот элемент, как правило, попадает в тело человека случайно, через пищу, воду или воздух, но его концентрации крайне низки.
Радиоактивен и не играет никакой биологической роли в организме человека. Наоборот, его присутствие опасно из-за радиоактивного излучения, которое он испускает. Однако из-за низкой концентрации риск, связанный с его наличием в организме, минимален. Сам факт присутствия радия в теле человека связан с его природным происхождением, а в тело человека он попадает с пищей.
Самый «многоликий» - углерод
Углерод обладает уникальной способностью существовать в нескольких аллотропных формах, каждая из которых имеет совершенно разные физические и химические свойства. Самые известные из них - это графит, в составе которого углеродные атомы образуют слоистую структуру, где слои легко скользят друг относительно друга, что делает графит мягким и скользким материалом, используемым в карандашах и как смазка; алмаз, где каждый атом углерода связан с четырьмя другими, образуя чрезвычайно прочную трехмерную кристаллическую структуру, а также фуллерены и графен.
Основа всей органики: его способность образовывать стабильные ковалентные связи с другими атомами углерода и с элементами, такими как водород, кислород, азот, позволяет ему создавать огромное разнообразие органических молекул. Эти молекулы бывают простыми, как метан (CH₄), или сложными, как белки, ДНК и другие биомолекулы, составляющие основу жизни. Благодаря углероду возможна биохимическая активность, необходимая для поддержания жизни.
Самый токопроводящий - серебро
Занимающий 57-е место в таблице Менделеева элемент обладает высочайшей электропроводностью среди всех известных элементов, незаменим в различных областях, связанных с электричеством и электроникой.
Поэтому серебро используется в случаях, когда необходимо минимизировать потери энергии при передаче электрического тока, например, в высококачественных кабелях, контактах и переключателях.
Серебро относительно инертно и устойчиво к коррозии, хотя и склонно к образованию черного налета (сернистого серебра) при взаимодействии с сероводородом в воздухе. Тем не менее, этот налет не оказывает значительного влияния на его электрические свойства.
Самый ядовитый - таллий
Таллий (Tl) один из самых ядовитых элементов, и даже небольшие дозы его смертельны для человека. Он проникает в организм через кожу, дыхательные пути или пищеварительный тракт, вызывая серьезные отравления. Симптомы отравления таллием включают в себя выпадение волос, повреждение нервной системы, почек, печени и сердца. Его воздействие на организм часто приводит к необратимым последствиям, а при значительном отравлении - к летальному исходу.
Таллий как яд часто используют террористы и спецслужбы. Юрий Щекочихин, известный российский журналист, писатель и депутат Государственной Думы, скончался в 2003 году при загадочных обстоятельствах: он активно занимался расследованиями на темы коррупции, организованной преступности и злоупотреблений властей.
Щекочихин заболел внезапно и умер в течение нескольких дней. У него выпали волосы и с живого сошла кожа. Эксперты высказывали предположение, что Щекочихин мог быть отравлен токсичным веществом, предположительно таллием.
Противоядия не существует. Лечение сводится к попыткам ускорить выведение таллия из организма, обычно через использование активированного угля и других сорбентов, а также применение методов интенсивной терапии. Однако из-за быстрого распространения таллия по организму и его накопительного эффекта лечение редко бывает успешным.
Самый древний элемент - водород
Водород был одним из первых элементов, образовавшихся после Большого взрыва, около 13,8 миллиардов лет назад. В первые минуты существования Вселенной в условиях экстремально высоких температур и давлений происходили процессы нуклеосинтеза, в результате которых и появился водород. Примерно через три минуты после Большого взрыва температура снизилась настолько, что протоны и нейтроны могли соединяться, образуя первые атомные ядра - это были ядра водорода и гелия.
Водород составляет около 75% всей массы видимой материи во Вселенной. Он является основным строительным материалом для звезд, галактик и туманностей. Играет ключевую роль в процессах синтеза материи, когда гравитационное сжатие облаков водорода приводит к возникновению новых звезд.
Важный элемент для создания жизни, входит в состав воды (H₂O), основной компонент всех органических молекул, включая углеводы, белки, жиры и нуклеиновые кислоты.