Колекціонування хімічних елементів
Ще у восьмому класі (1998 рік), коли я почав вивчати хімію, з'явилося бажання зібрати всю таблицю Д. І. Менделєєва у вигляді простих речовин. Наскільки це реально? Спочатку, кілька основних визначень.
Хімічний елемент— це сукупність атомів звизначеним зарядом ядра, що відповідає порядковому номеру в періодичній системі хімічних елементів Д. І. Менделєєва.
Проста речовина- речовина, що складається з атоміводногохімічного елемента.
Йдеться про колекціонування саме простих речовин у чистому вигляді, а не їх сполук. Цим хобі я серйозно почав займатися з 2007 року.
Які елементи можна зібрати?
Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва з відкриття постійно поповнюється новими елементами. На сьогоднішній день відкрито 118 хімічних елементів, але не всі з них існують у природі. Елементи, які завершують таблицю, які відкривають останнім часом, синтезують штучним шляхом рахунок ядерних реакцій. Всі вони відсутні в природі, і виходять у мізерно малих кількостях, всього кілька атомів, що живуть частки секунди. Ці елементи неможливо побачити і потримати в руках, крім того, дуже складно довести факт існування нового елемента, оскільки час життя їх атомів мізерно мало.
Тому, з усіх елементів періодичної системи, цілком реально зібрати 81 елемент, до яких входять стабільні (нерадіоактивні) елементи, що у природі. Це елементи з порядковими номерами від 1 (водень) до 83 (вісмут) за винятком радіоактивних та відсутніх у природі елементів з номерами 43 (технецій) та 61 (прометій). До існуючих у природі елементів і доступних для колекціонування можна додати ще два -радіоактивні уран (92) і торій (90), які існують у природі у великих кількостях, порівняно доступні та не становлять загрози для людини. Але дістати чистий уран і торій дуже складно, на відміну від їх сполук, які дістати все ж таки простіше. У підсумку з усіх доступних 81 елементів на даний момент вдалося зібрати поки що 65.
Де отримати зразки елементів?
Дістати зразки простих речовин для колекції можна різними способами, залежно від того, про які елементи йдеться. Завдання це не просте, тому що прості речовини мають дуже різноманітне застосування в науці та техніці, і далеко не завжди застосовуються в чистому вигляді, а у вигляді сполук або сплавів. В принципі, можна купити всі зразки для колекції або купити готову колекцію, але по-перше, це дорого, по-друге, не становить особливого інтересу, бо сенс колекціонування повністю втрачається.
Найбільш поширеними є елементи, такі як алюміній, залізо, мідь, цинк, сірка, титан, ртуть і т.д. особливо діставати не треба, вони досить поширені в техніці, важливо лише знати, де їх застосовують і як вони виглядають. Наприклад, сірку можна придбати в магазинах добрив, ртуть — у термометрах, з міді та алюмінію виготовляють електричні дроти та деталі для електротехніки, із цинку — склянки для склянки для сольових батарейок.
Інше джерело, де можна придбати прості речовини, - це магазини хімічних реактивів. Зазвичай завжди є чисті алюміній, кадмій, олово, свинець, вісмут, натрій, бром, йод, селен і можливо деякі інші.
Чисте золото та срібло можна придбати у банках у вигляді злитків. Щоправда, що стосується злитків платини та паладію, то їх зазвичай не продають, або ж вони мають досить велику масу і відповідно високу вартість.Тому придбати їх поки що не вдалося.
Деякі прості речовини можна отримати у чистому вигляді хімічним шляхом. Наприклад, кадмій можна отримати відновленням цинком із солей, нікель виділити за допомогою електролізу, білий фосфор виходить із червоного. Чисте срібло можна виділити із різних електротехнічних деталей шляхом хімічної переробки. Так само, нескладно отримати водень, кисень, хлор, бром та йод. Але далеко не всі речовини можна таким чином отримати, багато хімічних процесів можна виконати тільки в промисловості із застосуванням спеціального обладнання та умов.
Вказаними вище способами можна зібрати не так багато зразків простих речовин, у кращому випадку не більше 30 елементів. Багато рідкісних металів промисловість випускає у великих кількостях, і купити невелику кількість не так просто. Тому доводиться займатися за допомогою інтернету пошуком людей, які мають доступ до тих чи інших речовин.
Зберігання зразків
Так як для колекції хімічних елементів необхідні тільки прості речовини в чистому вигляді, то одним із важливих завдань є ще й можливість зберегти просту речовину в чистому вигляді протягом тривалого часу. Багато прості речовини буває складно зберегти у вихідному стані у зв'язку з їхньою хімічною активністю. Галогени, наприклад, токсичні та надто агресивні по відношенню до багатьох матеріалів. Метали при зберіганні на повітрі часто тьмяніють і втрачають свій металевий блиск, а деякі, наприклад лужні, лужноземельні та рідкоземельні зберігати на повітрі взагалі не можна через високу хімічну активність.
Тому для зберігання простих речовин найкраще підходять скляні ампули, здатні порожниною ізолювати їх від навколишнього середовища. Кількість повітря, якеміститься в ампулі, зазвичай недостатньо для того, щоб багато металів потьмяніли з часом. Процес виготовлення ампул нескладний у домашніх умовах. Для цього необхідні пробірки, які запаюються за допомогою газового пальника.
Але найбільш активні метали, такі як лужні, лужноземельні та рідкісноземельні зберігати в ампулах з повітрям складно. Зберігати їх можна, але вони там можуть повністю втратити свій металевий блиск. Тому запаювати скляні ампули необхідно або в атмосфері аргону, або у вакуумі. Але навіть цього буває недостатньо, і деякі метали здатні втратити свій блиск через наявність невеликих домішок кисню чи азоту.
Перед тим, як запаювати просту речовину в ампулу, я виконую підготовку зразка до відносно презентабельного вигляду. Сюди входить хімічне або механічне очищення поверхні від оксидної плівки, і по можливості виготовлення зразка якоїсь геометричної форми, наприклад, у вигляді циліндра, трубки або паралелепіпеда.
Найскладніше, виявилося, зберегти металеві літій, стронцій і барій, які втрачають свій блиск за лічені секунди, і стає неможливим видалити оксидну плівку та встигнути запаяти ампулу із зразком. Такі роботи потрібно виконувати за допомогою аргонового боксу, якого немає. Натрій вдалося зберегти за допомогою вазелінової олії, а калій заливався в ампулу розплавленим і не встиг сильно постраждати від окислення. Так само складно зберігати такі метали як неодим, самарій і талій, які хоч і повільно окислюються, але згодом все одно втрачають свій блиск.
Готові зразки простих речовин у ампулах зберігаються поки що у коробці. А в окремій коробці знаходяться більші зразки, без ампул, які використовуються для обміну або дослідів.
Крім підготовки зразків для колекції, я намагаюся зробити ще якісь хімічні експерименти з простими речовинами, якщо дозволяє кількість. Як мінімум, можна провести ідентифікацію простої речовини за хімічними або фізичними властивостями, щоб бути впевненим, що даний зразок є тим, за кого себе видає.