Элементы: замечательный сон профессора Менделеева - Аркадий Курамшин

73. Тантал

Благодаря танталу мы получили возможность носить мобильные телефоны и смартфоны в карманах джинсов или внутренних карманах пиджаков (или терять их, забывая в неподходящих местах) — благодаря этому элементу мобильные телефоны прошли эволюцию от «кирпичей» 1990-х до современной ультратонкой техники.

Смесь порошкообразных тантала и его оксида применяются в аккумуляторах, которые запасают электрический ток не только для смартфонов, но и игровых консолей, ноутбуков, планшетов и цифровых камер. Теми свойствами тантала, которые помогли ему внести свой вклад в миниатюризацию электроники — высокие электро- и теплопроводность металла, а также его прочность, благодаря изделия из тантала небольшого размера не разрушаются при давлении. Бум производства мобильной электроники увеличил спрос на тантал, и, возможно, сейчас интерес к танталу гораздо больше, чем тогда, когда он был открыт.

Тантал был открыт шведским химиком Андерсом Экербергом в 1802 году, который, по одной версии устав при получении нового элемента, по другой наоборот — после бесплодных попыток растворить его в кислоте, назвал его Танталом в честь героя греческой мифологии царя Тантала, возгордившегося своим равенством с богами (олимпийцы действительно приглашали его на обеды) и наказанного в посмертии «танталовыми муками» — невозможностью испить воды, в которой он стоит и утолить голод висящими рядом плодами. Вскоре после открытия тантал начали отождествлять с другим элементом, извлечённым из минерала колумбита, и только к 1844 году стало ясно, что в колумбите содержатся два элемента — тантал и ниобий, о котором уже шла речь выше.

Тантал — металл с серо-синеватым оттенком, который с помощью полировки можно довести до серебряного блеска. Тантал твёрд и в то же время пластичен — его пластичность уступает разве что пластичности золота. Из сплавов тантала делают детали, работающие при высоких температурах — двигателях реактивных самолетов и ядерных реакторов. Температура плавления тантала 3010 °C, более высоко плавятся только рений и вольфрам. Химическая инертность тантала позволяет делать из него хирургические инструменты и кардиостимуляторы, которые не будут ни коррозировать вод воздействием биологических жидкостей, ни раздражать находящиеся с ним в контакте живые ткани.

Одно из перспективных применений тантала — протезирование суставов. Для этого на шаблон протезируемого сустава из пористого углерода наносят слой металла толщиной около 50 микрометров, в результате чего получается жёсткий материал, структура которого подобна костной структуре — это нужно, чтобы протез сустава, собственные кости пациента и его мягкие ткани могли бы сформировать единую систему, не уступающую по свойствам здоровому суставу.

Тантал не слишком распространён, это пятидесятый по содержанию элемент земной коры. В сотовом телефоне содержится около 40 миллиграммов тантала, но, учитывая скорость производства гаджетов наряду с тем, что есть люди, считающие своим долгом стать владельцем новой модели смартфона сразу после её выхода, а не после того, как перестает работать старая, востребованность в тантале велика. За последнее время в год человечество использует около 2500 тонн тантала, 2/3 из которых идет на производство электронных устройств.

Исторически наиболее значительным источником тантала была Австралия, на австралийском месторождении Гринбушес добывается до 30 % танталового концентрата. Залежи тантала (точнее руды, содержащей одновременно ниобий и тантал — колумбит-танталит или «колтан») также находятся в Демократической Республике Конго, и протекавшая в период 1998–2002 года Великая Африканская война (Вторая Конголезская война), в которую отчасти разразилась из-за попыток различных политических сил, участвовавших в войне, контролировать шахты со стратегическим сырьем — колтаном. А ведь почти полторы сотни лет после открытия, до 1950-х годов тантал ни у кого не было ни малейшего представления о том, зачем и кому сможет потребоваться этот металл.

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, CaWO4), получил триоксид вольфрама (WO3), 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.