Водород, несомненно, самый распространенный элемент во вселенной. Он содержится на солнце и большинстве звезд, а планета Юпитер состоит в основном из водорода.
На Земле водород содержится в наибольших количествах в виде воды. В виде газа он присутствует в атмосфере лишь в крошечных количествах менее 1 части на миллион по объему. Любой водород, который попадает в атмосферу, быстро выходит из-под действия земного притяжения в открытый космос.
Большая часть водорода образуется при нагревании природного газа с водяным паром с образованием синтез-газа (смеси водорода и монооксида углерода). Синтез-газ отделяется с получением водорода. Водород также может быть получен электролизом воды.
В начале 1500-х годов алхимик Парацельс заметил, что пузырьки, выделяющиеся при добавлении железных опилок в серную кислоту, легко воспламеняются. В 1671 году Роберт Бойль сделал то же наблюдение. Ни один из них не последовал за открытием водорода, и поэтому заслуга принадлежит Генри Кавендишу. В 1766 году он собрал пузырьки и показал, что они отличаются от других газов. Позже он показал, что при сгорании водорода образуется вода, тем самым положив конец вере в то, что вода является элементом. Антуан Лавуазье дал газу название hydro-gen, что означает «образующий воду».
В 1931 году Гарольд Юри и его коллеги из Колумбийского университета в США обнаружили вторую, более редкую форму водорода. Масса этого элемента в два раза превышает массу обычного водорода, и они назвали его дейтерием.
Описание элемента гелий
Газ без цвета и запаха. Гелий используется в качестве охлаждающей среды для Большого адронного коллайдера (БАК) и сверхпроводящих магнитов в МРТ-сканерах и ЯМР-спектрометрах. Он также используется для охлаждения спутниковых приборов и использовался для охлаждения жидкого кислорода и водорода, которые питали космические аппараты Apollo.
Из-за своей низкой плотности гелий часто используется для наполнения декоративных шаров, метеозондов и дирижаблей. Когда-то для наполнения воздушных шаров использовался водород, но он опасно реакционноспособен.
Поскольку он очень неактивен, гелий используется для создания инертной защитной атмосферы при изготовлении волоконной оптики и полупроводников, а также при дуговой сварке. Гелий также используется для обнаружения утечек, например, в системах кондиционирования воздуха автомобилей, а поскольку он быстро рассеивается, его используют для наполнения автомобильных подушек безопасности после удара.
Смесь из 80% гелия и 20% кислорода используется в качестве искусственной атмосферы для глубоководных дайверов и других лиц, работающих под давлением.
Гелий-неоновые газовые лазеры используются для сканирования штрих-кодов в кассах супермаркетов. Новое применение гелия гелий-ионный микроскоп, который дает лучшее разрешение изображения, чем сканирующий электронный микроскоп.
После водорода гелий является вторым по распространенности элементом во Вселенной. Он присутствует во всех звездах. Он образовался и до сих пор образуется в результате распада радиоактивных элементов на Земле альфа-частицами. Часть образующегося гелия попадает в атмосферу, которая содержит около 5 частей на миллион по объему. Это динамический баланс, при котором гелий низкой плотности постоянно выходит в открытый космос.
Извлекать гелий из воздуха неэкономично. Основным источником является природный газ, который может содержать до 7% гелия.
В 1868 году Пьер Дж. К. Янссен отправился в Индию, чтобы измерить солнечный спектр во время полного затмения, и заметил новую желтую линию, обозначавшую новый элемент. Джозеф Норман Локьер зафиксировал ту же линию, наблюдая за солнцем сквозь лондонский смог, и, предположив, что новый элемент является металлом, назвал его гелием.
В 1882 году итальянец Луиджи Пальмиери обнаружил ту же линию спектра газов, испускаемых Везувием, что и американец Уильям Хиллебранд в 1889 году, когда он собрал газ, выделяемый минералом уранинитом (UO2) при растворении в кислоте. Однако именно Пер Теодор Клив и Нильс Абрахам Лангер в Уппсале, Швеция, в 1895 году повторили этот эксперимент и подтвердили, что это гелий, и измерили его атомный вес.
Описание элемента литий
Литий был обнаружен из минерала, в то время как другие распространенные щелочные металлы были обнаружены из растительного сырья. Считается, что это объясняет происхождение названия элемента; от «литос» (по-гречески «камень»). Изображение основано на алхимическом символе камня.
Мягкий серебристый металл. У него самая низкая плотность из всех металлов. Он активно реагирует с водой.
Наиболее важное применение лития в перезаряжаемых батареях для мобильных телефонов, ноутбуков, цифровых фотоаппаратов и электромобилей. Литий также используется в некоторых неперезаряжаемых батареях для таких вещей, как кардиостимуляторы, игрушки и часы.
Металлический литий получают из сплавов с алюминием и магнием, повышающих их прочность и делающих их легче. Магниево-литиевый сплав используется для покрытия брони. Алюминиево-литиевые сплавы используются в самолетах, велосипедных рамах и высокоскоростных поездах.
Оксид лития используется в специальных стеклах и стеклокерамике. Хлорид лития является одним из наиболее гигроскопичных известных материалов и используется в системах кондиционирования воздуха и промышленной сушки (как и бромид лития). Стеарат лития используется в качестве универсальной высокотемпературной смазки. Карбонат лития используется в лекарствах для лечения маниакально-депрессивного психоза, хотя его действие на мозг до сих пор до конца не изучено. Гидрид лития используется как средство хранения водорода для использования в качестве топлива.
Литий в природе не встречается в виде металла, но в небольших количествах содержится почти во всех магматических породах и в водах многих минеральных источников. Сподумен, петалит, лепидолит и амблигонит являются наиболее важными минералами, содержащими литий.
Большая часть лития в настоящее время производится в Чили из рассолов, которые при обработке карбонатом натрия дают карбонат лития. Металл получают электролизом расплавленного хлорида лития и хлорида калия.
Первый минерал лития петалит, LiAlSi4O10, был обнаружен на шведском острове Уто бразильцем Жозе Бонифацио де Андральда-э-Сильва в 1790-х годах. Было замечено, что при попадании в огонь он дает интенсивное малиновое пламя. В 1817 году Йохан Август Арфведсон из Стокгольма проанализировал его и пришел к выводу, что он содержит ранее неизвестный металл, который он назвал литием. Он понял, что это новый щелочной металл и более легкая версия натрия. Однако, в отличие от натрия, он не смог выделить его электролизом. В 1821 году Уильям Бранде получил таким образом небольшое количество, но недостаточное для проведения измерений. Только в 1855 году немецкий химик Роберт Бунзен и британский химик Август Маттиссен получили его в больших количествах путем электролиза расплавленного хлорида лития.
Описание элемента берилий
Бериллий используется в шестернях и винтиках, особенно в авиационной промышленности. Бериллий серебристо-белый металл. Он относительно мягкий и имеет низкую плотность.
Бериллий используется в сплавах с медью или никелем для изготовления гироскопов, пружин, электрических контактов, электродов для точечной сварки и неискрящих инструментов. Смешивание бериллия с этими металлами повышает их электрическую и теплопроводность.