Екі рет ашылған химиялық элементтер
Фото: scienceandtech.ru

Екі рет ашылған химиялық элементтер

Әр химиялық элементтің ашылу тарихы бар. Ашылуымен қатар атауында да сыр жатыр. Тіпті бір емес, екі рет ашылғандары да кездеседі. Сол қатарға жататын ванадий мен ниобий жайлы айтпақпыз.

Ванадий

Бұл элемент атауы мифология бойынша сұлулық құдайы Ванадис құрметіне берілген. Ванадийдің ашылуы біреулерге атақ пен абырой әкелсе, екінші біреулерді орны толмас өкініш пен қайғыға душар етті.

Ванадийдің ашылу тарихы 1801 жылдан басталады. Алғаш ашуға әрекет еткендердің бірі – мексикалық профессор Андрес Мигуэль дель-Рио. Ол Симапондағы (Мехико) қорғасын кендерінің бірінен жаңа элемент анықтап, оның оксидін және тұздарын бөліп алды. Қосылыстардың әртүрлі реңіне сәйкес ғалым жаңа элементті алғашында "панхром", кейін "эритроний" деп атады. Өкінішке қарай, Андрес Мигуэль дель-Рио өзі байқаған жаңа элементтің табиғатын нақты дәлел келтіріп түсіндіре алмай, ашқан жаңалығынан өзі бас тартып, "мен жақында ашылған хром қосылыстарына тап болсам керек" деген.

Неміс химигі Фридрих Велер мексикалық ғалым зерттеген сынап кендерінің үлгісіне ерекше назар аударып, онда бұрын белгісіз жаңа элемент бар деп есептеді. Алайда зерттеу кезінде Велер ауырып қалып, оны аяқтауды досы, әрі ұстазы Берцелиусқа жолдады. Велер қасиеттерін сипаттап жазған да болатын, өкінішке қарай ол жаңалық ашудан кешігіп қалды.

Ванадийді 1831 жылы Берцелиуспен бірге қызмет ететін швед ғалымы, профессор Нильс Гавриил Сефстрем ашты. Жаңа элементті темір кендерінің үлгісін және металл қорытудан шығатын қалдық заттарды тексеру кезінде тапты. Ол жаңа элементтің құймаларға беріктік, созылғыштық қасиет беретінін анықтады. Сондықтан Сефстрем жаңа элементті Берцелиуспен бірлесе отырып, сұлулықтың, беріктіктің, тұрақтылықтың символы ретінде "Ванадин" деп атады. Кейінірек бұл элемент ванадий деген атқа ие болды. 1869 жылы ағылшын химигі Генри Роско хлорлы ванадийді сутегімен әрекеттестіріп, таза ванадийді бос күйінде алды.

Ванадийдің латынша аты – Vanadium, ол периодтық системаның бесінші тобындағы химиялық элемент. Реттік нөмірі – 23, салыстырмалы атомдық массасы – 50,942. Табиғи ванадийдің екі изотобы бар 50V(0,25%), 51V(99,75 %). Ванадий – ашық сұр түсті металл, оның балқу температурасы – 19 600 градус, қайнау температурасы – 3400 градус, жер қойнауында кездесетін кендері аса көп емес. Табиғатта 65 шақты минералдардың құрамында кездеседі. Ванадийді көбінесе темір және полиметалл кендерінен (сынап, қорғасын, хром, никель, мыс, мырыш, т.б.) кездестіруге болады.

Ванадий біздің елде Оралдағы титан-магний кенінде, Жамбыл қаласының мыңындағы Сүлеймен сайда, Орталық Қазақстанда, Орал тауларында темір рудасымен бірге кездеседі. Сонымен қатар кейбір өсімдіктер мен жануарлар организмінде де ванадийдің болатыны анықталды. Ванадийдің қалыпты жағдайда (химиялық жағынан) активтігі өте нашар, ол жоғары температурада ұнтақ күйіндегі ванадий оттегімен, азотпен, көміртегімен, хлормен, күкіртпен, т.б. элементтермен оңай әрекеттеседі. Ванадий қосылыстарда +4 валентті болып келеді. Дегенмен оның 2,3,5 валентті қосылыстары да бар. Өндірісте ванадий қосылыстарының аса маңыздысы – ванадий (V) оксиді (V2 O5) – күлгін түсті, суда сілтілерде жақсы еритін қатты зат. Ол күкірт қышқылын контакт әдісімен, өндіруде катализатор ретінде пайдаланылады. Ванадийдің басқа қосылыстары мұнайдан бензин алғанда, спиртті тотықтырып сірке қышқылын өндіргенде, резина, шыны, керамика, бояу, фото материалдарын даярлауда және медицинада қолданылады.

Ванадий қоспалары, әсіресе болатпен қоспасы – феррованадийден берік, серпімді және үзілмейтін, қажалмайтын болғандықтан, автомобиль өнеркәсібінде мотор, цилиндр, рессор, белдік жасайды. Үрлеп ойнайтын музыкалық аспаптарды да ванадий құймаларынан дайындайды.

Ниобий

Ниобий элементі – өз тарихында екі рет ашылған химиялық элемент. Оны алған рет 1801 жылы ағылшын ғалымы Чарльз Хатчет Америкадан Британ музейіне әкелінген белгісіз минералдың үлгісін зерттеу кезінде ашты. Хатчет қара түсті минералды зерттеп, оның құрамынан осы уақытқа дейін белгісіз элемент оксидін бөліп алды. Оксидте белгісіз металдың барлығына кәміл сенген Хатчет оны Христофор Колумб пен Американың ежелгі атының құрметіне және минералдың келген жерін көрсету мақсатында элементті – "колумбий", ал минералды – "колумбит" деп атады.

Одан бір өткеннен жыл кейін 1802 жылы швед химигі Андрес Рустав Эксберг финляндия кендерінің бірінен жаңа элементтің оксидін алды. Ол Хатчеттің "колумбий" элементін ашқаны туралы бейхабар еді. Оксидтің қосылысқа оңай түспейтін беріктігі мен тұрақтылығына сәйкес элементті – "тантал", минералды – "танталит" деп атады. 1809 жылы Волластон деген ғалым Хатчет ашқан "колумбий" мен Экеберг ашқан "тантал" оксидтерінің сыбағалы салмағы бірдей болғандықтан, бір ғана металл деп көрсетті. Қосылыстары ұқсас болғандықтан, 40 жылға дейін көптеген химиктер колумбий мен танталды тек бір ғана элемнет деп шатастырды.

1844 жылы неміс химигі Генрих Розе Бавариядан табылған "колумбит" минералын зерттеп, оның пайда болуы "танталиттен" өзгеше болғанымен құрамы бірдей, екеуі бір минерал, яғни әрқайсысы тегі бірдей екі оксидтен тұрады: ол оксидтің бірі бұрыннан белгілі танталдың, екіншісі соған ұқсас басқа жаңа элементтің оксиді деп дәлелдеді де, жаңа элементті Тантал Құдайдың қызы Ниобеяның (грек мифологиясы) құрметіне "ниобий" деп атады. Осылайша тантал мен ниобий қосылыстарының туыстығын көрсетті. Розе де ниобийді бос күйінде бөліп ала алмады. Швед ғалымы Бломстранд 1866 жылы ниобий хлоридін сутегімен тотықсыздандыру арқылы металдық ниобий алады. ХІХ ғасырдың соңында Муассан оның оксидін электрпеште көмірмен тотықсыздандыру, ал Гольдшмидт оксидті алюминиймен тотықсыздандыру әдістері арқылы ниобийді бос күйінде алу жолдарын тапты. Алайда элементтің аты әр елде әртүрлі: колумбий, ниобий деп аталып келді. 1950 жылы Халықаралық қолданбалы химия ұйымы (ЮПАК) элементті халықаралық тілде ниобий деп атап, минералды "колумбит" деп қалдыруға шешім қабылдады.

Ниобийдің латынша аты – Niobium, ол периодты системаның V тобындағы химиялық элемент. Оның реттік нөмірі – 41, салыстырмалы атомдық массасы – 92, 9064, тұрақты бір ғана изотобы 93Nb (100%) бар, жер қыртысындағы массалық үлесі – 2*10-3), табиғатта қосылыс түрінде танталмен бірге кездеседі. Ниобий – шашыраңқы металл. Оның маңызды минералдары: (Fe, Mn) (Та, Nb)2О6 бұл минерал құрамында ниобий көп болса – колумбит, ал тантал көп болса – танталит деп талады. Қазір құрамында тантал мен ниобиі бар минералдардың жалпы саны жетпістен асады.

Ниобий – ашық сұр түсті металл. Оның тығыздығы – 8570 кг/м3, балқу температурасы – 2500 С, қайнау температурасы – 4927 С, иілгіш, созылғыш болғандықтан, ол механикалық әдістермен оңай өңделеді. Ниобий – химиялық өте инертті элемент, балқытқыш қышқыл мен азот қышқылының қоспасында ғана ериді, басқа қышқылдар, сілтілер және су ниобийге әсер етпейді. Ниобийдің +5 валентті қосылыстары тұрақсыз. Ниобийді 1200 С қыздырғанда оттегімен әрекеттесіп, Nb2O5 (V) оксидін түзеді. Ол ақ түсті кристалл, суда, қышқылдарда ерімейді. Ниобий фтормен қалыпты температурада, ал хлор, бром, йод, сутегі, азотпен жоғары температурада ғана әрекеттеседі. Ниобий балқытылған сілтілермен әрекеттесіп, ниобий қышқылының тұздары – ниобаттар түзеді. Тұз құрамында +5 валентті ниобий болып, катион түзуі және оның қышқыл қалдығы құрамында болуы ниобийдің амфотерлі элемент екенін көрсетеді. Ниобий қос тұздар мен комплекс қосылыстар түзеді.

Ниобийді алу үшін алдымен рудадан ниобий (V) оксидін Nb2O5 немесе комплексті фторидін бөліп алып, оларды металл термиялық әдіспен тотықсыздандырады: Nb2O5+5Са=5CaO+2Nb немесе ниобий (V) оксидін көмірмен жоғары температурада вакуумда тотықсыздандырады: Nb2O5+7С=2NbC+5CO. Соңында ниобий карбиді мен оксидін 1800-1900 С-та вакуумда қыздырды.

Ниобий коррозияға төзімді болғандықтан, химиялық аппараттар жасауда қолданылады. Құрамында ниобиі бар қорытпалардан турбиналы және реактивті ұшақтардың күшті қысым және жоғары температурада жұмыс істейтін тетіктері жасалады. Ниобийдің атом және электрорадиотехника өнеркәсібінде маңызы зор.

Н. Үсенова