Аркадий Курамшин - Элементы: замечательный сон профессора Менделеева

Ситуация с болезнью «Ай, болит» заставила производителей опасаться кадмия как огня — производители консервов исключили кадмий из состава припоя для изготовления консервных банок (хотя, строго говоря, кадмий и другие компоненты припоя мог попадать в продукты питания только после вскрытия банки — отсутствие воздуха внутри неё не даёт портиться не только продукту, но и делает невозможным окисление металлов, контактирующих с пищей). В 2010 году Кока-Кола отозвала с рынка США 22 000 стеклянных стаканов с фирменным дизайном, после того как в составе краски, которую использовали для нанесения логотипа, был обнаружен кадмий (хотя логотип был нанесён снаружи стакана и его контакт с напитками был исключён).

Любопытно, но в случаях хронического отравления кадмием превышение этого металла в потребляемой человеком пище было настолько высоко, что смогло преодолеть естественную защиту человеческого организма — малые дозы кадмия человек вполне в состоянии «переварить». Иод кадмия, как и ионы многих других тяжёлых металлов, тиофилен — он образует прочные связи с атомами серы, входящими в состав аминокислот и белков. При попадании в организм человека ионов тиофильных металлов начинается интенсивная выработка металлсодержащего белка металлотионеина, особо богатого серосодержащими аминокислотными остатками. Каждая молекула такого белка может связать до семи ионов кадмия или подобных ему тяжелых металлов и способствовать их выводу из организма. Люди, пострадавшие от болезни итай-итай, длительное время получали такие количества кадмия, с которыми не мог справиться естественный механизм защиты.

Кадмий был открыт в 1817 году немецким химиком Фридрихом Штромейером. Началось с того, что аптекари Магдебурга заподозрили, что в оксиде цинка, попадавшем в их аптеки есть примесь мышьяка. Штромейер выделил из предоставленных образцов коричнево-бурый оксид, восстановил его водородом и получил серебристо-белый металл, которому дал название кадмий. Название элементу было дано по греческому названию руды, из которой в Германии добывали цинк — кадмея. В свою очередь, руда получила своё название в честь Кадма, героя древнегреческой мифологии, легендарного основателя Фив Беотийских и создателя греческого алфавита.

Хотя в последнее время репутация кадмия в общественном сознании — вполне определённая слава отравителя и канцерогена, этот элемент нельзя назвать полностью перешедшим на тёмную сторону. Около 20 % кадмия применяется для изготовления ярких и не тускнеющих со временем красителей и пигментов, преимущественно сульфидов и селенидов кадмия, например — «кадмиевый жёлтый» и «кадмиевый лимонный» (теперь вы знаете, что, если вы занимаетесь живописью, не стоит облизывать кисточку). Ещё 20 % кадмия расходуется на изготовление источников электрического тока — никель-кадмиевых и свинцово-кадмиевых элементов. Наноразмерные кристаллы сульфида и селенида кадмия — полупроводниковые квантовые точки, могут использоваться в дисплеях и для медицинской диагностической визуализации.

И, наконец, есть в природе существа, которым кадмий не страшен — некоторые морские диатомеи «научились» замещать цинк фермента ангидразы на кадмий практически без потери его активности, то есть кадмий вполне может играть роль микроэлемента ( Proc Natl Acad Sci U S A., 2000, 97(9): 4627–4631 ), хотя и не для людей. Мы же, потребляя кадмий с пищей (а иногда и с табачным дымом, можем только испортить себе здоровье.

49. Индий

Самым известным дальтоником среди химиков был Джон Дальтон (собственно говоря, он оказался не только самым известным химиком-дальтоником, но и первым описанным в медицине случаем цветослепоты), который до 26 лет даже не знал о существовании красного цвета, однако Дальтону его проблемы цветового восприятия не помешали заложить основы химической атомистики. Экспериментаторам всегда было сложнее — для открытия и описания новых веществ химикам, страдавшим от дальтонизма, приходилось надеяться на помощь ассистента.

Ещё одним дальтоником, оставившим своё имя в химии, стал профессор Фрайбергской горной академии Фердинанд Райх. Райх был дальтоником и, не различая спектральные линии, не мог воспользоваться всеми преимуществами спектрального анализа, поэтому выполнял работу совместно с помощником Теодором Рихтером. В 1863 учёные решили найти таллий в цинковой обманке, но вместо зелёной спектральной литии этого элемента Рихтер сообщил Райсу о наличии голубой линии. Наблюдение позволило предположить наличие в цинковой руде нового элемента, который вскоре был выделен в виде металла ( Journal für Praktische Chemie, 1864, 92 (1): 480–485 ). К Всемирной Парижской выставке 1867 года уже был получен слиток индия в несколько сот граммов. Своё название элемент получил не в честь Индии, а благодаря интенсивно полосе спектра цвета индиго, которая и помогла найти этот элемент.

Долгое время все мировые запасы металлического индия были представлены тем самым слитком, подготовленным ко Всемирной выставке — индий не мог найти себе подходящее применение. В наши дни около 500 тонн индия ежегодно извлекают из руд и ещё 600–700 тонн получают в результате вторичной переработки отслуживших свой срок индиевых изделий. Благодаря чему так выросла необходимость в этом металле, и что он представляет?

Индий — блестящий, мягкий и ковкий металл. Температура плавления индия сравнительно невысока для металлов (+156 °C), при нагревании выше этой температуры на воздухе индий воспламеняется и горит фиолетовым пламенем. При сгибании чистого индия металл издаёт «крик» — скрип, вызванный перемещением кристаллитов индия друг относительно друга, примерно такой же звук можно услышать и при деформации олова.

Индий уникален тем, что он остается мягким и податливым при очень низких температурах, что позволяет использовать его в оборудовании, работающем около абсолютного нуля. Индий и его сплавы применяют для изготовления криогенных насосов и систем для глубокого вакуума. Индий и некоторые его сплавы могут повторять форму неправильных поверхностей, прочно прилипая к ним. Индий понижает температуру плавления припоев, делает боле прочными и сами припои, и их крепление с местом припайки. Часто индий называют «металлическим витамином» — иногда даже деципроцентные примеси индия значительно изменяют свойства сплава — например, добавка небольшого количества индия к сплавам золота или палладия делает их более твёрдыми (такие сплавы применяются для изготовления коронок в стоматологии). Некоторые детали летательных аппаратов сделаны из сплава с индием, индий в их составе защищает детали от преждевременного износа и замедляет от окисления. Индий применяется в изготовлении электронных устройств и элементов питания.