Аркадий Курамшин - Элементы: замечательный сон профессора Менделеева

74. Вольфрам

Вольфам, как и никель с кобальтом, получил своё название из-за рассерженных рудокопов, которым когда-то давно он мешал заниматься выработкой ценных в те времена горных пород.

Своё название элемент получил от известного ещё в 1500-е годы минерала вольфрамита, латинское название которого было spuma lupi (волчья пена), а немецкое — Wolf Rahm (волчьи сливки). Такое отношение к минералу было вызвано тем, что входящий в состав оловянных руд вольфрамит сильно мешал плавке олова, превращая его в пену шлаков (в одном из средневековых манускриптов, посвященных выплавке металлов, написано, что вольфрамит «… пожирает олово как волк овцу …»), ну а пена, затем затвердевая образует тяжелые каменные образования. Шведское словосочетание tung sten (тяжелый камень) стало основой для названия вольфрама в англоязычных странах и Франции — tungsten . Любопытно, но в шведском языке вольфрам сейчас называется volfram .

Вероятно, что из-за дурной славы руды вольфрамита никто из химиков не хотел брать на себя приоритет в открытии нового металла. В 1781 году шведский химик Шееле, обрабатывая азотной кислотой минерал, названный в 1824 году шеелитом (это вольфрамат кальция, CaWO 4), получил триоксид вольфрама (WO 3), но металлический вольфрам не получил. В 1783 году испанские химики братья Хосе и Фаусто Элюар сообщили о получении из вольфрамита как оксида нового металла, так и самого металла. За два года до этого, в 1781 году Фаусто был в Швеции и общался с Шееле. Шееле не претендовал на открытие вольфрама, а братья Элюар не настаивали на своём приоритете, хотя, благодаря выделению металла именно они считаются первооткрывателями.

Несмотря на то, что название нового элемента появилось благодаря не самым приятным для ранних металлургических процессов эпизодам, да и сам металл долгое время считался эдаким (если припоминать немецкие корни) кунштюком, вольфраму все же удалось стать стратегическим материалом — в первую очередь после того, как Александр Николаевич Лодыгин предложил использовать в качестве долговечных нитей накаливания ламп вольфрамовые спирали. Вольфрам наряду с ниобием, молибденом, танталом и рением образует пятёрку тугоплавких металлов. Температура плавления у этих металлов выше 2000 °C, они относительно инертны химически. Высокая температура плавления этих металлов, что детали из них изготавливают с помощью порошковой металлургии, а литьём расплавленного металла в формы.

Сейчас, когда лампы накаливания медленно, но неуклонно замещаются энергосберегающими газоразрядными и светодиодными осветительными элементами, вольфрам не теряет своего значения — его твёрдость, тугоплавкость и химическая стойкость делает его незаменимым для нагревательных элементов и электродов. Вольфрам входит в состав быстрорежущей стали и «суперсплавов», применяющихся для изготовления защитных покрытий. Из-за высокой плотности вольфрама он входит в состав балластов для летательных аппаратов и гоночных болидов Формулы 1, а также бронебойных поражающих элементов в артиллерийских и реактивных снарядах.

До сих пор роль основного источника вольфрама в промышленности принадлежит вольфрамату кальция, минералы с которым до сих пор называются шеелитом и вольфрамитом. Считается, что 75 % залежей вольфрамовых руд находится на территории Китайской народной республики, хотя залежи этого элемента есть ещё в России, Боливии, Португалии и США.

75. Рений

Если бы химические элементы участвовали в многоборье, то по совокупности качеств и свойств рений, элемент № 75, мог бы уверенно претендовать на победу. Во-первых, рений оказался последним открытым элементом, для которого известен стабильный изотоп. Все элементы, которые были открыты позднее рения (в том числе и полученные искусственно), не имели стабильных изотопов. Во-вторых, это один из самых редких элементов в земной коре. В-третьих — он один из самых плотных элементов, тяжелее его только платина, иридий и осмий. В-четвёртых — один из самых тугоплавких, более высокой температурой плавления обладают только вольфрам и углерод. Рений не ставит рекорды ни в одном из состязаний, но по сумме очков рений вырывается вперёд.

Существование рения и часть его свойств были предсказаны Д. И. Менделеевым вскоре после формулировки первой версии Периодического закон. Опубликованная в 1869 году таблица была достаточно забавна — в её седьмой группе находился только один известный к тому времени элемент — марганец, под которым Менделеев расположил «экамарганец», ставший затем технецием и «тримарганец», впоследствии — рений (в англоязычной литературе чаще используется не предложенный Менделеевым термин, а обозначение «двимарганец» ( Science Progress in the Twentieth Century (1919–1933), Vol. 20, No. 80, P. 690–692 ). Получилось так, что более тяжёлый рений был обнаружен первым из двух «как-бы марганцев».

Рений был впервые спектрально обнаружен в 1925 году в Германии супругами Вальтером и Идой Новак и Отто Бергом в ходе спектрального анализа минерала колумбита. К 1928 году исследователи переработали 660 килограмм руды молибденита, выделив из неё один грамм чистого рения. В наши дни извлечение рения из руд проходит более эффективно — его получают из молибден- или медьсодержащих руд, в которых он присутствует в следовых количествах. Ежегодная добыча рения в общемировом масштабе составляет 60–70 тонн.

Новаки и Берг назвали рений в честь главной немецкой реки — Рейна (на латинском Rhenus ), они также добросовестно полагали, что открыли и элемент № 43 — экамарганец, и даже назвали его «мазурием», но это, как и многие другие заявки на обнаружение «верхнего соседа» рения, не подтвердилось. Долгое время считалось, что рений не образует своих собственных руд, замещая молибден или медь в их минералообразующих элементах, однако существует редкий рениевый минерал джезказганит (CuReS 4), найденного вблизи казахстанского города Джезказгана. В 1992 году было открыто единственное в мире экономически выгодное месторождение рения. Оно находится в России: запасы в нём составляют около 10–15 тонн и расположено в кальдере вулкана Кудрявый на остров Итуруп Курильской гряды. Рений находится здесь в форме минерала рениит (основной компонент которого дисульфид рения (ReS 2).

Рений отличается довольно интересными химическими свойствами. Так, он проявляет наибольшее число степеней окисления для металла (а может — и для любого другого химического элемента), пробегая от –1 до наиболее обычной для него +7. Ещё одна интересная особенность рения — до начала 1960-х годов предполагалось, что связь максимальной кратности, которая может возникнуть между двумя атомами — связь тройная, однако в 1964 году Альберт Коттон обнаружил, что в анионе [Re 2Cl 8] 2–атомы рения связаны четырёхкратной связью ( Inorg. Chem., 1965, 4 (3): Р. 330–333 ). Внимание учёных привлекает и еще одно соединение рения с галогеном — дибромид рения, которое по твердости сравнимо с алмазом, но в отличие от алмазоподобных материалов, для его получения не нужно высокое давление.