Технеций и рений были открыты зна­чительно позже марганца, хотя суще­ствование элементов с порядковыми номерами 43 и 75 предсказал ещё

Д. И. Менделеев. Он дал им названия «экамарганец» и «двимарганец», что означает «первый и второй аналоги марганца». Однако судьба распоряди­лась так, что сначала выделили «вто­рой марганец» и лишь потом — «пер­вый». Честь открытия двимарганца принадлежит немецким учёным Валь­теру Ноддаку (1892—1960) и Иде Такке (в замужестве Ноддак; 1896— 1978), обнаружившим в 1925 г. его следы в минералах редкоземельных элементов.

Они назвали новый элемент рени­ем, желая увековечить тем самым имя родины Такке — Рейнской провин­ции. К 1926 г. им удалось выделить всего... 2 мг металла!

В 1928 г. после переработки 660 кг молибденита MoS₂ был получен пер­вый грамм рения, стоимость которо­го составила свыше 30 000 золотых марок! Но уже к 1930 г. количество добытого рения стало исчисляться килограммами, цена же его упала до 13 марок за грамм, а к 1935 г. — до 6,5 марок.

Предсказанный Менделеевым экамарганец в течение многих лет оставал­ся для химиков загадкой, элементом-«невидимкой». Его ошибочно откры­вали много раз, и лишь в 1937 г. элемент № 43 был синтезирован в цик­лотроне (ускорителе частиц) при облучении молибдена ядрами дейтерия. Само название, которое технеций получил спустя десять лет, говорит о том, что он искусственный, созданный руками человека. Теперь технеций в большом количестве (сотни килограммов) получают из продуктов деле­ния урана в ядерных реакциях.

Все изотопы технеция радиоактивны, и время их жизни относитель­но невелико (лишь у некоторых изотопов — ⁹⁷Тс, ⁹⁸Тс — период полурас­пада составляет величину порядка 10⁶ лет), поэтому в природе его соеди­нения практически отсутствуют.

Металлический технеций при комнатной температуре устойчив к окис­лению, не корродирует в морской воде. Одним словом, у него много до­стоинств. А вот радиоактивность и высокая стоимость металла — глав­ные недостатки, которые препятствуют его практическому использованию.

Перманганат калия — очень сильный окислитель. Он может реагировать со многими неорганическими и органиче­скими соединениями. Чем больше элек­тронов способен принять окислитель в ходе реакции, тем большее количество молей другого вещества он окислит. Число электронов, переходящих к окис­лителю, зависит от условий проведения реакции, например от кислотности среды. Так, в нейтральной или слабощелочной среде перманганат-ион восстанавливается до оксида марганца (IV): MnО₄+2Н₂О+3е=MnО₂+4ОН^-. Но особенно ярко окисляющая способность перманганата проявляет­ся в кислой среде: MnО^-₄+8Н⁺+5е=Mn²⁺+4Н₂О. Подкисленный крепкий раствор перманганата буквально сжи­гает многие органические соединения, превращая их в углекислый газ и воду. Этим иногда пользуются химики для мытья лабораторной посуды, сильно загрязнённой плохо смываемыми остат­ками органических веществ.

В домашних условиях тоже можно использовать перманганат калия (марганцовку) для пользы дела, например чтобы почистить фаянсовую раковину в ванной. Вообще-то есть специальные порошки и пасты, но будет неплохо, ес­ли юный химик докажет, что результа­том его домашних опытов могут стать не только прожжённые брюки и пятна на полу.

В промышленности перманганат калия (марганцовку) получают электро­лизом концентрированного раствора гидроксида калия с марганцевым ано­дом. В процессе электролиза материал анода постепенно растворяется с образованием знакомого всем фиолетового раствора, содержащего перманганат-ионы. На катоде происходит выделение водорода. Схему элек­тролиза можно представить в виде уравнений реакций:

Умеренно растворимый в воде перманганат калия выделяется в виде осадка.

Было бы заманчиво вместо привычной марганцовки производить перманганат натрия, ведь гидроксид натрия доступнее, чем гидроксид калия. Однако в этих условиях выделить NaMnO₄ невозможно: в отличие от перманганата калия, он прекрасно растворим в воде (при 20 °С его раство­римость составляет 144 г на 100 г воды).

В течение долгого времени белую магнезию MgCO₃ и чёрную магнезию (пиролюзит) MnO₂ считали минералами, содержащими один и тот же металл. Потом из-за внешнего сход­ства чёрной магнезии и магнитного железняка Fe₃O₄ стали полагать, что чёрная магнезия — минерал железа. Первое серьёзное научное исследова­ние, проведённое К В. Шееле в 1774 г., показало, что в состав этого вещест­ва входит новый элемент. В том же году Ю. Ган, восстановив чёрную маг­незию углём, выделил его в виде про­стого вещества. Сначала элемент на­звали Magnesium (от старинного латинского названия пиролюзита lapis magnesis, затем переименовали в Manganesium). И лишь когда Г. Дэви выделил новый металл магний (Mag­nesium), во избежание путаницы с марганцем название последнего из­менили на Manganum.

Марганец недаром считается хи­мическим хамелеоном: известно боль­шое число соединений, в которых он проявляет все промежуточные степе­ни окисления от 0 до +7. А окраска этих соединений составляет богатейшую палитру: соли марганца(П) — нежного бледно-розового цвета, со­единения марганца (III) — коричневые или вишнёвые, марганца (IV) — чёр­ные или коричневые, марганца (V) — ярко-синие, марганца (VI) — зелёные, а марганца (VII) — малиновые.

Когда через подкисленный раствор молибдата щелочного металла или ам­мония пропускают сернистый газ, выпадают интенсивно окрашенные си­ние осадки переменного состава, которые часто выражают формулой Мо₅O₁₄ и называют молибденовой синью:

5К₂Мo⁺⁶О₄+SO₂+8HCl=Мо^+5,+6₅О₁₄+K₂SO₄+8KCl+4Н₂О.

Эта реакция используется при окрашивании тканей. Если ткань про­питать раствором молибдата аммония, а затем подействовать восстано­вителем (сернистым газом или раствором дихлорида олова), то она окра­шивается в разные оттенки синего цвета — в зависимости от концентрации восстановителя. Часть атомов молибдена в «сини» восстановлена до +5, поэтому степень окисления оказывается нецелочисленной.

В традиционном понимании бронза — это сплав меди с оловом. Но есть и другие бронзы — вольфрамовые, которые представляют собой сложные оксиды обшей формулы Na_xWO₃. В зависимости от значения х их цвет может меняться от голубого (при 0,3<х<0,45) через фиолетовый (0,45<х<0,6) до красного и золотисто-жёлтого (0,6<х<0,9).

Вольфрамовые бронзы получают, восстанавливая вольфраматы водородом. Так, при нагревании тривольфрамата натрия в атмосфере водорода до 600 °С образуются кристаллы золотистого цвета: Na₂W₃O₁₀+Н₂=3Na_0,667WO₃+Н₂О.

КАРЛ ВИЛЬГЕЛЬМ ШЕЕЛЕ

(1742—1786)

Гордость шведской науки Карл Виль­гельм Шееле по происхождению немец. О его детских годах мало что известно. Пятнадцати лет от роду он стал учеником аптекаря в Гётеборге. Занимаясь приготовлением ле­карств, Шееле основательно изучил химию. В то время, когда она толь­ко начинала оформляться в само­стоятельную научную дисциплину, деятельность многих выдающихся исследователей протекала именно в аптеках. При них существовали не­плохо оборудованные лаборатории, а в библиотеках хранилось немало полезных книг и руководств.

Все свои исследования Шееле проводил в аптеках, переезжая из одного города в другой. После Гётеборга он последовательно рабо­тал в Мальмё, Стокгольме, Упсале, Чёпинге. Когда учёный находился в зените славы, прусский король Фрид­рих II предложил ему должность про­фессора химии в Берлинском уни­верситете. Шееле ответил отказом.

Чёрные с металлическим блеском кри­сталлы дисульфида молибдена MoS₂ были известны людям ещё в древно­сти. Это вещество нередко пугали с графитом или с галенитом PbS. Назва­ние минерала — «молибденит» — под­чёркивало сходство его механиче­ских свойств со свойствами свинца (в переводе с греческого «молибдос» означает «свинец»): им можно было пользоваться для письма по пергамен­ту. В 1778 г. К. В. Шееле доказал, что в молибдените не содержится свинца, и выделил из него оксид нового элемен­та. Спустя несколько лет шведский хи­мик П. Хьельм, прокаливая этот оксид с углём, получил металл. По содержа­щему его минералу новый элемент и стали именовать молибденом.

 

Окраска солей хрома (III) может легко переходить из фиолетовой в зелё­ную и наоборот. Растворим в воде несколько фиолетовых кристалликов гексагидрата хлорида хрома CrCl₃•6Н₂О. При кипячении фиолетовый раствор этой соли становится зелёным. При выпаривании зелёного раст­вора образуется зелёный порошок того же состава, что и исходная соль. А если насытить охлаждённый до 0 °С зелёный раствор хлорида хрома хлороводородом, цвет его вновь станет фиолетовым.

Как объяснить наблюдаемое явление?

Это редкий в неорганической химии пример изомерии — существо­вания веществ, имеющих одинаковый состав, но разные строение и свой­ства. В фиолетовой соли атом хрома связан с шестью молекулами воды, а атомы хлора являются противоионами: [Cr(Н₂О)₆]Cl₃, в зелёном хло­риде хрома они меняются местами: [Cr(Н₂О)₄Cl₂]Cl•2Н₂О.

Хром обнаружил в 1766 г. в «красной свинцовой руде» (минерале крокоите PbCrО₄), привезённой с Урала, рус­ский минералог И. Г. Леман. А в сво­бодном виде металл впервые выделил в 1797 г. французский химик Луи Ни­кола Воклен.

Хром — довольно распространён­ный элемент. В земной коре его содер­жится примерно столько же, сколько хлора и ванадия, — 0,02%. Среди минералов хрома преобладает хромовый железняк, или хромит, FeCr₂O₄. При его восстановлении углём образуется феррохром — сплав хрома с железом: FeCr₂O₄+4С=Fe+2Cr+4CO. Для получения чистого металла хроми­стый железняк очищают от железа, переводя хром в высшую степень окисления (+6), и лишь затем восста­навливают его алюминием.

Кластеры (англ. cluster — «гроздь») — это соединения, в которых несколько атомов металла объединены в «гроздь», т. е. связаны друг с другом химической связью. Если формально рассчитать степень окисления металла в кластерном соединении, то часто выходит дробное число. Например, ещё в начале XX в. было получено вещество состава Та₆Сl₁₄•7Н₂О, в котором формальная степень окис­ления тантала равна 2,33. Позже удалось устано­вить, что основной структурной единицей этого соединения является катион [Та₆Сl₁₂]²⁺.

с расплавленными щелочами, образуя соли — ниобаты (например, KNbO₃) и танталаты (КТаО₃).

Среди соединений ниобия низ­ших степеней окисления наиболь­ший интерес представляют германид ниобия Nb₃Ge — вещество, сохраня­ющее сверхпроводимость вплоть до 24,5 К (что уступает только сверхпро­водникам на основе керамик и неко­торым производным фуллерена С₆₀), и карбид ниобия NbC — термостой­кое и пластичное вещество золоти­стого цвета, применяемое для созда­ния прочных и в то же время красивых защитных покрытий.

Строение катиона [Та₆Cl₁₂]²⁺.