Коллекционирование химических элементов

Ещё в восьмом классе (1998-ой год), когда я начал изучать химию, появилось желание собрать всю таблицу Д. И. Менделеева в виде простых веществ. Насколько это реально? Для начала, несколько основных определений.

Химический элемент — это совокупность атомов с определённым зарядом ядра, соответствующему порядковому номеру в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева.

Простое вещество — вещество, состоящее из атомов одного химического элемента.

Речь идёт о коллекционировании именно простых веществ в чистом виде, а не их соединений. Данным хобби я серьёзно стал заниматься с 2007-го года.


Какие элементы можно собрать?

Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева с момента открытия постоянно пополняется новыми элементами. На сегодняшний день открыто 118 химических элементов, но не все из них существуют в природе. Элементы, завершающие таблицу, которые открывают в последнее время, синтезируют искусственным путём за счёт ядерных реакций. Все они отсутствуют в природе, и получаются в ничтожно малых количествах, всего несколько атомов, живущих доли секунды. Эти элементы невозможно увидеть и подержать в руках, кроме того очень сложно доказать факт существования нового элемента, так как время жизни их атомов ничтожно мало.

Поэтому, из всех элементов периодической системы, вполне реально собрать 81 элемент, в число которых входят стабильные (нерадиоактивные) элементы, существующие в природе. Это элементы с порядковыми номерами от 1 (водород) до 83 (висмут) исключая радиоактивные и отсутствующие в природе элементы с номерами 43 (технеций) и 61 (прометий). К существующим в природе элементам и доступных для коллекционирования, можно добавить ещё два - радиоактивные уран (92) и торий (90), которые существуют в природе в больших количествах, сравнительно доступны и не представляют угрозы для человека. Но достать чистый уран и торий очень сложно, в отличии от их соединений, которые достать все же проще. В итоге, из всех доступных 81 элементов на текущий момент удалось собрать пока что 65.

Где достать образцы элементов?

Достать образцы простых веществ для коллекции можно различными способами, в зависимости от того о каких элементах идёт речь. Задача эта не простая, так как простые вещества имеют очень разнообразное применение в науке и технике, и далеко не всегда применяются в чистом виде, а в виде соединений или сплавов. В принципе, можно купить все образцы для коллекции или же купить готовую коллекцию, но во первых, это дорого, во вторых, не представляет особого интереса, ибо смысл коллекционирования полностью теряется.

Наиболее распространенные элементы, такие как алюминий, железо, медь, цинк, сера, титан, ртуть и т.д. особо доставать не надо, они достаточно распространены в технике, важно лишь знать где их применяют и как они выглядят. Например, серу можно приобрести в магазинах удобрений, ртуть — в термометрах, из меди и алюминия изготовляют электрические провода и детали для электротехники, из цинка — стаканы для стаканы для солевых батареек.

Другой источник, где можно приобрести простые вещества — это магазины химических реактивов. Обычно в наличии всегда есть чистые алюминий, кадмий, олово, свинец, висмут, натрий, бром, иод, селен и возможно некоторые другие.

Чистое золото и серебро можно приобрести в банках в виде слитков. Правда, что касается слитков платины и палладия, то их обычно не продают, или же они имеют достаточно большую массу и соответственно высокую стоимость. Поэтому, приобрести их пока что не удалось.

Некоторые простые вещества можно получить в чистом виде химическим путём. Например, кадмий можно получить восстановлением цинком из солей, никель выделить при помощи электролиза, белый фосфор получается из красного. Чистое серебро можно выделить из различных электротехнических деталей путём химической переработки. Так же, несложно получить водород, кислород, хлор, бром и иод. Но далеко не все вещества можно таким образом получить, многие химические процессы можно выполнить только лишь в промышленности с применением специального оборудования и условий.

Указанными выше способами можно собрать не так много образцов простых веществ, в лучшем случае, не более 30 элементов. Многие редкие металлы промышленность выпускает в больших количествах, и купить небольшое количество не так просто. Поэтому, приходится заниматься при помощи интернета поиском людей, которые имеют доступ к тем или иным веществам.

Хранение образцов

Так как для коллекции химических элементов необходимы только простые вещества в чистом виде, то одной из важных задач является ещё и возможность сохранить простое вещество в чистом виде на протяжении длительного времени. Многие простые вещества бывает сложно сохранить в исходном состоянии в связи с их химической активностью. Галогены, например, токсичны и слишком агрессивны по отношению ко многим материалам. Металлы при хранении на воздухе часто тускнеют и теряют свой металлический блеск, а некоторые, например щелочные, щелочноземельные и редкоземельные хранить на воздухе вообще нельзя из за высокой химической активности.

Поэтому, для хранения простых веществ лучше всего подходят стеклянные ампулы, способные полостью изолировать их от окружающей среды. Количество воздуха, которое содержится в ампуле, обычно недостаточно для того чтобы многие металлы потускнели со временем. Процесс изготовления ампул несложен в домашних условиях. Для этого необходимы пробирки, которые запаиваются при помощи газовой горелки.

Но наиболее активные металлы, такие как щелочные, щелочноземельные и редкоземельные хранить в ампулах с воздухом сложно. Хранить то их можно, но они там могут полностью потерять свой металлический блеск. Поэтому, запаивать стеклянные ампулы необходимо либо в атмосфере аргона, либо в вакууме. Но даже этого бывает недостаточно, и некоторые металлы способны потерять свой блеск из-за наличия небольших примесей кислорода или азота.

Перед тем как запаивать простое вещество в ампулу, я выполняю подготовку образца к относительно презентабельному виду. Сюда входит химическая или механическая очистка поверхности от оксидной плёнки, и по возможности изготовление образца какой либо геометрической формы, например, в виде цилиндра, трубки или параллелепипеда.

Сложнее всего, оказалось, сохранить металлические литий, стронций и барий, которые теряют свой блеск в считанные секунды, и становится невозможным удалить оксидную плёнку и успеть запаять ампулу с образцом. Такие работы необходимо выполнять при помощи аргонового бокса, которого нет. Натрий удалось сохранить при помощи вазелинового масла, а калий заливался в ампулу расплавленным, и не успел сильно пострадать от окисления. Так же, сложно хранить такие металлы как неодим, самарий и таллий, которые хоть и медленно окисляются, но со временем всё равно теряют свой блеск.

Готовые образцы простых веществ в ампулах хранятся пока что в коробке. А в отдельной коробке находятся более крупные образцы, без ампул, которые используются для обмена или опытов.

Кроме подготовки образцов для коллекции, я стараюсь сделать ещё какие-нибудь химические эксперименты с простыми веществами, если позволяет количество. Как минимум, можно провести идентификацию простого вещества по химическим или физическим свойства, что бы быть уверенным, что данный образец является тем за кого себя выдаёт.


Официальный сайт коллекции

На сайте моём сайте elements.dp.ua можно посмотреть состояние моей коллекции на данный момент. На сайте работает интерактивная таблица Менделеева, в клетках которой размещены фотографии образцов в ампулах и без них. Кроме фотографий простых веществ, на сайте я периодически публикую статьи и опыты по химии.

Elements.dp.ua » Об авторе » Коллекционирование химических элементов