Таблица Менделеева. Элементы уже близко

Применение YBCO могло бы значительно удешевить ряд современных технологий, основанных на применении сверхпроводимых материалов, например, магниты МРТ можно было бы охлаждать жидким азотом, что понизило бы расходы на эксплуатацию этих аппаратов, но внедрению этого соединения иттрия в повседневные технологии препятствует ряд причин. Во-первых, для того, чтобы потерять электрическое сопротивление при 95 K, в YBCO должно приходиться чуть меньше семи молей атомов кислорода на один моль атомов иттрия, а такое соотношение не так просто достичь. Во-вторых, YBCO жёсткий и хрупкий, а для практического применения было бы желательно его применение в виде гибких плёнок или эластичных проводов. Исследователи пытаются разработать сверхпроводящие гибкие и эластичные композиты, содержащие YBCO, но пока значительных успехов в этой области не достигнуто.

Другая область применения иттрия – синтетические минералы, наиболее известным из которых является иттрий-алюминиевый гранат (Y₃Al₅O₁₂, YAG; Journal of Materials Science., 2000, 35: 713–717). Твердость такого «граната» велика, составляет 8,5 единиц по шкале Мооса, что позволяет использовать YAG как имитацию алмазов для ювелирных изделий. Если же в иттрий-алюминиевом гранате заменить около процента атомов иттрия на неодим, получится рабочее тело для лазера, излучающего в видимой области, YAG с эрбием позволяет получить инфракрасный лазер. Иттрий-алюминиевый гранат, в который ввели трёхвалентный церий, используется в конструкции белых светодиодов.

В настоящее время производные иттрия также применяются в топливных ячейках, вырабатывающих энергию. Небольшое количество оксида иттрия добавляют к оксиду циркония, получая керамический материал «иттрий-стабилизированный оксид циркония» (Acta Materialia., 2009, 57 (18): 5480–5490). Необычное свойство этого сорта керамики в том, что она может проводить оксид-анионы, что даёт возможность применять её и в топливных генераторах электрического тока, и в системе контроля выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, определяющей содержание кислорода в выхлопе и оптимизирующей подачу воздуха в двигатель.

40. Цирконий

Наверное, большая часть населения нашей страны (и других стран постсоветского пространства) узнала о существовании циркония в 1990-е годы, когда воодушевлённые рекламой, вложенной в уста любимых артистов: «Ношу браслет, и всякое давление пропало!», люди, получившие самое лучшее советское образование, массово заказывали «лечебные циркониевые браслеты».

На деле изделия из циркония стали популярными в изготовлении ювелирных изделий гораздо ранее – с середины 1970-х годов. Речь, правда, не идёт о металлическом цирконии, а о синтетической кубической форме диоксида циркония (ZrO₂), технология выращивания которой была разработана в Физическом институте Академии наук СССР («Успехи химии», 1978, т. 47, №3, с. 385-427). По сокращённому названию института (ФИАН) эти камни были названы «фианитами». За рубежом искусственно синтезированный оксид циркония называют цирконитом.

Название элемента циркония происходит от персидского слова «заргун» – название золотисто-жёлтого камня, известного с античных времен как «циркон» – ортосиликата циркония ZrSiO₄. Кроме золотистых цирконов известны и сероватые, и розовые, и красные, и бесцветные формы.

В Средние века интенсивно преломлявшие свет бесцветные кристаллы циркона ошибочно принимали за отличающиеся меньшей твёрдостью «алмазы второго сорта», украшали ими ювелирные изделия и даже властные регалии. То, что циркон не имеет отношения к алмазам, стало ясно в 1789 году, когда немецкий химик Мартин Клапрот проанализировал один из таких камней и сделал вывод о наличии в нём нового элемента, который и назвал «цирконием» по названию минерала. Металлический цирконий был получен спустя 35 лет Йенсом Берцелиусом. В наши дни фианиты и циркониты также применяются в ювелирном деле – их коэффициент преломления выше, чем у алмазов, и они блестят лучше обычных алмазов. От алмазов кубический диоксид циркония отличается меньшей твердостью, составляющей 8,5 единиц по шкале Мооса (у алмаза она равна 10) и большей плотностью – 6,0 г/см³ (плотность алмаза 3,52 г/см³).

В наше время цирконий применяется и в виде металла, и в виде соединений. Этот элемент можно найти в составе керамики, литейном оборудовании, стекле и сплавах. Песок из оксида циркония применяется для изготовления теплоустойчивой футеровки плавильных печей, ёмкостей для расплавленного металла и литейных форм. Добавки ванадия и празеодима к оксиду циркония позволяет получать жёлтые и синие пигменты для окраски керамики и кафельной плитки.