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).
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).
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:
2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2.
Слабая азотистая кислота постепенно разлагается с выделением монооксида азота NO, превращаясь в HNO3:
3HNO2 = HNO3 + 2NO↑ + H2O.
При добавлении хлорида натрия к HNO3 протекает реакция
HNO3 + NaCl ↔ HCl + NaNO3.
Золото взаимодействует с полученной смесью кислот с образованием тетрахлороаурата водорода:
Au + HNO3 + 4HCl = H[AuCl4] + NO↑ + 2Н2О.
5.40. ГДЕ ПРЕДЕЛЫ БЛАГОРОДСТВА ЗОЛОТА?
Золото может по праву гордиться своим упорным химическим характером (см. 10.9–10.13). Известно очень мало химических веществ, с которыми оно желает взаимодействовать. Прежде всего это смесь концентрированных азотной HNO3 и хлороводородной HCl кислот (см. 5.39), водный раствор цианида калия KCN (см. 6.3), раствор хлора Cl2 в хлороводородной кислоте, расплав селеновой кислоты H2SeO4 и водный раствор смеси иодида калия KI и дииодоиодата калия К[I(I)2]. Последние две реакции протекают так:
2Au + 6H2SeO4 = Au2(SeO4)3 + 3SeO2 + 6Н2O, 2Au + K[I(I)2] + KI = 2K[AuI2].
В первой реакции золото превращается в селенат золота Au2(SeO4)3, а часть селеновой кислоты восстанавливается до диоксида селена SeO2. Во второй реакции образуется дииодоаурат калия. Эту реакцию используют для извлечения золота из бедных по его содержанию руд.
Золото, содержащее всего 1% примеси свинца, при ударе разлетится на куски. Даже при содержании свинца 0,01% золото уже теряет свою замечательную ковкость.
Вы добавили к капле ртути, находящейся под водой, водный раствор нитрата серебра и с удивлением обнаружили, что поверхность ртути словно ожила. На ней появились сверкающие ростки, которые начали ветвиться и постепенно превратились в сверкающие деревца.
В сосуде протекала реакция вытеснения серебра Ag из его нитрата AgNO3 ртутью Hg:
2AgNO3 + Hg = 2Ag↓ + Hg(NO3)2.
Выделяющееся серебро образует на капле ртути нитевидные кристаллы. Причина протекающей реакции заключается в том, что серебро — менее активный металл, чем ртуть, поэтому ртуть восстанавливает серебро из растворов его солей в виде металла.
5.43. КАК БЬЕТСЯ «РТУТНОЕ СЕРДЦЕ»?
Если каплю ртути поместить на часовое стекло в водный раствор серной кислоты H2SO4, содержащий небольшое количество дихромата калия K2Cr2O7, а потом прикоснуться к поверхности ртутной капли иголкой, то капля ртути начнет пульсировать, попеременно прикасаясь к иголке и отходя от нее, принимая то сферическую, то плоскую форму. Такая пульсация может длиться долго; при этом кажется, что капля ртути напоминает живое сердце.
На границе ртуть — раствор серной кислоты образуется своеобразный микроконденсатор — двойной электрический слой, состоящий из ионов. Поверхность ртути получает электрический заряд, который придает капле более плоскую форму из-за взаимного отталкивания одноименно заряженных частиц. Прикосновение острия иглы снимает этот заряд, и капля становится сферической, отдаляясь при этом от острия иглы. Затем капля ртути снова приобретает заряд и, растекаясь, прикасается к игле. Заряд «стекает», капля принимает сферическую форму, и процесс снова повторяется.
Маленькая девочка решила подновить мамин латунный наперсток и намазала его ртутью из недавно разбитого термометра. Чудеса! Старый наперсток заблестел как серебряный! Но недолго пришлось им пользоваться: ровно через неделю наперсток разломился на две половинки.
На поверхности латуни образовалась амальгама, и это привело к потере прочности металла. Что же такое «амальгама»?
Способность жидкой ртути Hg растворять другие металлы и образовывать сплавы — амальгамы — поражала воображение алхимиков и заставляла их делать фантастические выводы о свойствах этого вещества (см. 4.3). Особенно этому способствовало то, что при образовании амальгамы даже желтые и красные металлы (например, медь Cu) приобретают серебристо-белый блеск. Как правило, амальгамы — это просто растворы других металлов в ртути, жидкие или твердые, но они иногда содержат и соединения металлов с ртутью строго определенного состава и с определенными свойствами. Не образуют амальгам только металлы, которые не смачиваются ртутью, — кобальт Co, марганец Mn, никель Ni, молибден Mo, рений Re и некоторые другие. Не существует и амальгамы железа Fe — поэтому ртуть можно перевозить в железных цистернах. Амальгамы были известны давно: так, зеркала в старину делали, покрывая стекло амальгамой олова Sn (см. 1.27); золото издавна извлекали из бедных руд, обрабатывая их жидкой ртутью (см. 10.13). Полученную амальгаму золота разлагали, испаряя ртуть, причем все растворенное золото оставалось в виде мельчайших кристалликов. Из амальгам серебра и меди делали зубные пломбы: амальгама серебра химически инертна и в обычных условиях является твердым веществом, но легко размягчается при нагревании.
