Подгруппа I. Химические элементы

Подгруппа I

Химические элементы

Общие положения

Химические элементы могут быть разделены на два класса: неметаллы и металлы. В основном, в данную подгруппу входят все неметаллы, по крайней мере, в некоторых их формах, в то время как многочисленные металлы классифицируются следующим образом: драгоценные металлы (группа 71 и товарная позиция 2843), недрагоценные металлы (группы 72 - 76 и группы 78 - 81), а также радиоактивные химические элементы и изотопы (товарная позиция 2844) и стабильные изотопы (товарная позиция 2845).

Ниже приведен алфавитный список различных известных элементов с указанием классификации. Некоторые элементы, например, сурьма, имеют свойства металлов и неметаллов; на классификацию таких элементов в Номенклатуре обращено особое внимание.

В данную товарную позицию включаются неметаллы, известные как галогены, за исключением астата (товарная позиция 2844).

А. Фтор

Фтор - слабоокрашенный зеленовато-желтый газ с резким запахом; его вдыхание опасно, поскольку он раздражает слизистые оболочки и вызывает коррозию. Хранится под давлением в стальных контейнерах; очень активный элемент, воспламеняющий органические материалы, в частности, дерево, жиры и текстильные материалы.

Фтор используется для приготовления некоторых фторидов и фторорганических производных.

Б. Хлор

Хлор обычно получают электролизом хлоридов щелочных металлов, в частности, хлорида натрия.

Хлор - зеленовато-желтый удушливый, вызывающий коррозию газ, который в 2,5 раза плотнее воздуха, малорастворимый в воде и легко сжижаемый. Обычно транспортируется в стальных баллонах, резервуарах, железнодорожных цистернах или баржах.

Хлор уничтожает окраску и разрушает органические материалы. Используется для отбеливания растительных (но не животных) волокон, а также для получения древесной целлюлозы. Благодаря своим дезинфицирующим и антисептическим свойствам он используется для обеззараживания (хлорирования) воды. Применяется в металлургии золота, олова и кадмия, в производстве гипохлоритов, хлоридов металлов и карбонилхлоридов, в органическом синтезе (например, синтетических красителей, искусственных восков, хлорированного каучука).

В. Бром

Бром может быть получен при действии хлора на бромиды щелочных металлов, содержащиеся в маточном растворе, или путем электролиза бромидов.

Бром представляет собой очень плотную (3,18 при 0 град. С), вызывающую коррозию жидкость красноватого или темно-коричневого цвета, даже на холоде выделяющую удушливый красный "дым", раздражающий глаза. Обжигает кожу, в результате чего она желтеет, и воспламеняет органические материалы, например, опилки. Хранится в стеклянной или керамической посуде. Малорастворим в воде. В данной товарной позиции не рассматриваются растворы брома в уксусной кислоте (товарная позиция 3824).

Бром применяется в производстве медикаментов (например, успокаивающие средства), красителей (например, эозины, бромированные производные индиго), фотохимикатов (бромид серебра), слезоточивых продуктов (бромацетон), в металлургии и т.д.

Г. Йод

Йод получают либо экстракцией из маточных растворов природных нитратов натрия диоксидом серы или гидросульфитом натрия, либо из морских водорослей путем их сушки, сжигания и химической обработки золы.

Йод представляет собой очень плотное твердое вещество (удельный вес 4,95 при 0 град. С) с запахом, напоминающим одновременно запах хлора и брома; опасен для дыхания. Возгоняется при комнатной температуре и окрашивает в синий цвет крахмальный клейстер. При наличии примесей имеет вид крупинок или грубого порошка. После очистки путем возгонки приобретает форму ярких сероватых хлопьев или кристаллов с металлическим блеском; в таком виде йод обычно упаковывают в стеклянную посуду.

Он применяется в медицине, а также в производстве фотохимикатов (йодид натрия), красителей (например, эритрозинов) и лекарственных средств, в качестве катализатора в органическом синтезе, в качестве реактива и т.п.

А. Сублимированная или осажденная сера

Сера этих двух видов обычно имеет чистоту приблизительно 99,5%.

Сублимированная сера или серный цвет получается медленной дистилляцией сырой или неочищенной серы с последующей конденсацией в твердую форму (или сублимацией) в виде тонких, очень легких частиц. Она используется, главным образом, в виноградарстве, в химической промышленности или для вулканизации высокосортной резины.

В данную товарную позицию также включается "промытый серный цвет", обработанный раствором аммиака для удаления диоксида серы; этот продукт применяется в медицине.

Включаемую сюда осажденную серу всегда получают из раствора сульфида или полисульфида щелочного или щелочно-земельного металла осаждением соляной кислотой. По сравнению с серным цветом получается более тонкий и более бледный желтый порошок; ее запах отчасти аналогичен запаху сульфида водорода и со временем ухудшается. Применяется в основном в медицине.

Осажденную серу данной товарной позиции не следует путать с некоторыми видами "регенерированной" (растертой в порошок или микронизированной) серы, иногда называемой "осажденной", но включаемой в товарную позицию 2503.

Б. Коллоидная сера

Коллоидную серу получают действием сульфида водорода на раствор диоксида серы, содержащий желатин. Кроме того, ее можно получить действием неорганической кислоты на тиосульфат натрия или методом катодной пульверизации. Коллоидная сера представляет собой белый порошок, образующий эмульсию в воде; в этом состоянии она сохраняется, однако, только при добавлении защитного коллоида (альбумина или желатина), но даже при этом условии эмульсия сохраняется только ограниченное время. В данную товарную позицию включается приготовленный таким образом коллоидный раствор. Как и все коллоидные дисперсии, серные дисперсии имеют большую адсорбирующую поверхность и могут воспринимать красящие вещества; они также являются очень активными антисептическими средствами, принимаемыми внутрь в лечебных целях.

В данную товарную позицию не включаются нерафинированная сера, получаемая фраш-процессом, и рафинированная сера, несмотря на то, что они часто имеют высокую степень чистоты (товарная позиция 2503).

Углерод является твердым неметаллом.

В данную товарную позицию включаются следующие виды углерода.

Сажа получается в результате неполного сгорания или крекинга (путем нагревания, действия электрической дуги или электрической искры) органических веществ, богатых углеродом, таких как:

1) природные газы, такие как метан, антраценовые газы (то есть газы, обогащенные антраценом) и ацетилен. Ацетиленовую сажу, очень тонкий и чистый продукт, получают путем мгновенного разложения сжатого ацетилена, вызываемого электрической искрой;

2) нафталин, смолы, масла (ламповая сажа).

Сажу можно также назвать канальной газовой сажей или печной сажей в зависимости от способа производства.

Сажа может содержать маслянистые примеси.

Сажа применяется в качестве пигмента для производства краски, типографской краски, крема для чистки обуви и т.п., для производства копировальной бумаги и в качестве усиливающего наполнителя в резиновой промышленности.

В данную товарную позицию не включаются:

а) природный графит (товарная позиция 2504);

б) природный углерод в виде твердого топлива (антрацит, уголь, лигнит); кокс, агломерированные виды топлива и ретортный уголь (группа 27);

в) некоторые черные минеральные красящие вещества товарной позиции 3206 (например, алюминиевые черные, сланцевые черные, кварцевые черные);

г) искусственный графит; коллоидный или полуколлоидный графит (например, товарная позиция 3801);

д) активированный уголь и животный уголь (товарная позиция 3802);

е) древесный уголь (товарная позиция 4402);

ж) кристаллический углерод в виде алмазов (товарные позиции 7102 и 7104).

А. Водород

Водород получают путем электролиза воды или из водяного газа, коксового газа или углеводородов.

Водород обычно рассматривается как неметалл. Он хранится под давлением в стальных баллонах.

Он используется для гидрирования масел (получение твердых жиров), для крекинга нефтепродуктов, в синтезе аммиака, для резки или сварки металлов (кислородно-водородные паяльные лампы) и т.п.

В данную товарную позицию не включаются дейтерий (стабильный изотоп водорода), относящийся к товарной позиции 2845, и тритий (радиоактивный изотоп водорода), относящийся к товарной позиции 2844.

Б. Инертные газы

Термин "редкие газы" (инертные газы) относится к элементам, перечисленным ниже. Они отличаются своей химической инертностью и электрическими свойствами, в частности, способностью испускать цветные лучи (используемые, например, в неоновой рекламе) под действием разрядов высокого напряжения.

1. Гелий (невоспламеняющийся газ, используемый, например, для надувания воздушных шаров).

2. Неон (дает розово-оранжево-желтый свет или (в сочетании с ртутными парами) "дневной" свет).

3. Аргон (бесцветный газ, без запаха, используемый для получения инертной атмосферы в колбах электрических ламп).

4. Криптон (используется так же, как и аргон, или для получения бледно-фиолетового света).

5. Ксенон (дает голубой свет).

Инертные газы получают путем фракционирования жидкого воздуха, а также (в случае гелия) из некоторых природных газов. Они хранятся под давлением.

Радон является радиоактивным инертным газом товарной позиции 2844 и образуется в результате радиоактивного распада радия.

В. Прочие неметаллы

В данную товарную позицию включаются прочие неметаллы:

1. Азот.

Азот - это газ, который гасит пламя, так как не горит и не поддерживает горения. Его получают фракционной перегонкой жидкого воздуха, хранят под давлением в стальных баллонах.

Азот применяют, в основном, для производства аммиака и цианамида кальция, а также для создания инертной атмосферы в колбах электрических ламп и т.п.

2. Кислород.

Это газ, поддерживающий горение, получаемый в основном путем фракционной перегонки жидкого воздуха.

Хранится под давлением в стальных баллонах или иногда в виде жидкости - в сосудах с двойными стенками.

Сжатый кислород используют в кислородно-водородных и кислородно-ацетиленовых паяльных лампах для сварки (автогенная сварка) или для резки металлов, таких как железо. Он используется также в металлургии черных металлов и в медицине (ингаляции).

В данную товарную позицию также включается озон, являющийся аллотропной формой кислорода, которая образуется при действии на кислород электрических искр или разрядов. Используется для обеззараживания воды (озонирования), для окисления высыхающих масел, для отбеливания хлопка, в качестве антисептического средства и для лечебных целей.

3. Бор.

Бор представляет собой твердое вещество каштанового цвета, обычно порошкообразного вида. Применяется в металлургии и для изготовления регуляторов тепла и термометров с высокой чувствительностью.

Из-за очень высокой степени поглощения медленных нейтронов бор также используют в чистом виде или в сплаве со сталью для изготовления легких контрольных стержней для ядерных реакторов.

4. Теллур.

Твердое (удельный вес 6,2) вещество в аморфном или кристаллическом виде. Он является относительно хорошим проводником тепла и электричества и обладает некоторыми металлическими свойствами. Он применяется в некоторых сплавах (например, в теллуро-свинцовых сплавах), а также в качестве вулканизующего агента.

5. Кремний.

Кремний получают почти исключительно карботермальным восстановлением диоксида кремния с использованием электродуговых печей. Является плохим проводником тепла и электричества, тверже стекла, обычно имеет вид порошка или чаще бесформенных кусков каштанового цвета. Он кристаллизуется в виде серых игл с металлическим блеском.

Кремний является одним из наиболее важных материалов, применяемых в электронике. Очень чистый кремний, получаемый, например, путем выращивания кристаллов, может иметь необработанную вытянутую форму цилиндров или стержня; при легировании бором, фосфором и т.п. используется для производства, например, диодов, транзисторов и других полупроводниковых устройств, а также солнечных батарей.

Кремний также используется в металлургии (например, в сплавах на основе железа или алюминиевых сплавах) и в химии для приготовления кремниевых соединений (например, тетрахлорида кремния).

6. Фосфор.

Фосфор представляет собой твердое вещество, мягкое и пластичное по консистенции, получаемое путем обработки природных фосфатов, смешанных с песком и углеродом, в электрической печи.

Существуют две основные разновидности фосфора:

а) "белый" фосфор, прозрачный и желтоватый, токсичный, легковоспламеняющийся, опасный в обращении. Он поставляется в виде формованных стержней в заполненных водой контейнерах из черного стекла, керамики или чаще всего из металла; эти контейнеры не следует оставлять на морозе;

б) красный фосфор, известный как "аморфный", но который практически может кристаллизоваться, представляет собой непрозрачное твердое вещество, нетоксичное, нефосфоресцирующее, более плотное и менее активное, чем "белый" фосфор. Красный фосфор используется в производстве спичек, в пиротехнике и как катализатор (например, при хлорировании ациклических кислот).

Некоторые лекарственные средства содержат фосфор (например, фосфорированный рыбий жир). Он используется также для уничтожения крыс или для получения фосфорных кислот, фосфинатов (гипофосфитов), фосфида кальция и т.п.

7. Мышьяк.

Мышьяк (неочищенный мышьяк) представляет собой твердое вещество, извлекаемое из природных арсенопиритов.

Он существует в двух основных формах:

а) обыкновенный, так называемый "металлический" мышьяк, в виде блестящих кристаллов стального цвета, хрупких, не растворимых в воде;

б) желтый мышьяк, кристаллический, довольно неустойчивый.

Мышьяк используется в производстве дисульфида мышьяка, крупной дроби, твердой бронзы и различных других сплавов (олова, меди и т.п.).

8. Селен.

Селен, довольно схожий с серой, существует в нескольких разновидностях:

а) аморфный селен в виде красноватых хлопьев (селеновый цвет);

б) стекловидный селен, плохой проводник тепла и электричества. Он имеет блестящий излом коричневого или красноватого цвета;

в) кристаллический селен, в виде серых или красных кристаллов. Относительно хороший проводник тепла и электричества, особенно на свету. Используется при производстве фотоэлектрических ячеек и при легировании другими элементами - в производстве полупроводниковых устройств, в фотографии, в порошкообразной форме (красный селен) используется для производства резины, специальных линз и т.п.

В данную товарную позицию не включается селен в виде коллоидной суспензии (применяемый в медицине) (группа 30).

В Номенклатуре сурьма классифицируется как металл (товарная позиция 8110).

Некоторые из неметаллов данной группы (например, кремний и селен) могут быть легированы такими элементами, как бор, фосфор и т.п., в пропорции порядка 1 часть на миллион с целью их использования в электронике. Они включаются в данную товарную позицию при условии, что находятся в необработанных формах, например, вытянутой, или в форме цилиндров и стержней. Нарезанные в форме дисков, пластин или аналогичных формах, они включаются в товарную позицию 3818.

А. Щелочные металлы

Пять щелочных металлов являются мягкими и достаточно легкими.

Они разлагаются в холодной воде; на воздухе окисляются с образованием гидроксидов.

1. Литий.

Это самый легкий (удельный вес 0,54) и самый твердый из металлов этой группы. Он хранится в минеральном масле или в инертных газах.

Литий способствует улучшению качественных характеристик металлов, применяется в различных сплавах (например, антифрикционные сплавы). Благодаря его высокому сродству к другим элементам он используется, inter alia, для получения других металлов в чистом виде.

2. Натрий.

Твердое вещество (удельный вес 0,97) с металлическим блеском, быстро тускнеющее после разрезания. Оно хранится в минеральном масле или в герметично запаянной оловянной посуде.

Натрий получают электролизом расплавленного хлорида натрия или гидроксида натрия.

Натрий используется в производстве пероксида натрия ("диоксида"), цианида натрия, амида натрия и т.д., в производстве индиго, при производстве взрывчатых веществ (химических инициирующих взрывчатых веществ), при полимеризации бутадиена, используется в антифрикционных сплавах и в металлургии титана или циркония.

В данную товарную позицию не включается амальгама натрия (товарная позиция 2851).

3. Калий.

Серебристо-белый металл (удельный вес 0,85), который можно разрезать обычным ножом. Он хранится в минеральном масле или в запаянных ампулах.

Калий используется при изготовлении некоторых фотоэлектрических элементов и в антифрикционных сплавах.

4. Рубидий.

Серебристо-белое твердое вещество (удельный вес 1,5), плавится легче, чем натрий. Он хранится в запаянных ампулах или в минеральном масле.

Подобно натрию, рубидий используется в антифрикционных сплавах.

5. Цезий.

Серебристо-белый или желтоватый металл (удельный вес 1,9), который воспламеняется при соприкосновении с воздухом; самый быстроокисляющийся металл; хранится в запаянных ампулах или в минеральном масле.

Радиоактивный щелочной металл франций не включается (товарная позиция 2844).

Б. Щелочно-земельные металлы

Три нижеуказанных щелочно-земельных металла являются ковкими веществами, быстро и полностью разлагаются в холодной воде; их качества ухудшаются при хранении во влажной атмосфере.

1. Кальций.

Его получают алюмотермическим восстановлением оксида кальция или электролизом расплавленного хлорида кальция. Кальций представляет собой белый металл (удельный вес 1,57), используется при очистке аргона, при рафинировании меди или стали, в производстве циркония, гидрида кальция (гидролит), в антифрикционных сплавах и т.п.

2. Стронций.

Белый или бледно-желтый тягучий металл (удельный вес 2,5).

3. Барий.

Белый металл (удельный вес 4,2); используется в некоторых антифрикционных сплавах и при изготовлении газопоглотителей для вакуумных трубок (товарная позиция 3824).

В данную товарную позицию не включаются радий, радиоактивный элемент (товарная позиция 2844), магний (товарная позиция 8104) или бериллий (товарная позиция 8112); все эти щелочно-земельные металлы в некоторых аспектах являются сходными.

В. Редкоземельные металлы; скандий и иттрий

в чистом виде или в смесях или сплавах

Редкоземельные металлы (термин "редкоземельный" относится и к их оксидам) или лантаноиды включают элементы с атомными номерами <*> 57 - 71 в периодической системе, а именно:

--------------------------------

<*> Атомный номер элемента является общим числом орбитальных электронов, содержащихся в атоме этого элемента.

Прометий (элемент 61), который является радиоактивным элементом, включается в товарную позицию 2844.

Редкоземельные металлы обычно имеют сероватый или желтоватый цвет, характеризуются тягучестью или ковкостью.

Церий, самый важный из группы редкоземельных элементов, получают из монацита (фосфаты редкоземельных металлов) или из торита (силикаты редкоземельных металлов) после удаления тория. Церий получают металлотермическим восстановлением галогенидов при помощи кальция или лития, используемых в качестве восстановителя, или путем электролиза плавленого хлорида. Он представляет собой серый тягучий металл, немного тверже свинца, при трении которого о грубую поверхность появляются искры.

Лантан, присутствующий в неочищенном виде в солях церия, используется в производстве голубого стекла.

В данную товарную позицию также включаются скандий и иттрий, очень похожие на редкоземельные металлы, скандий, кроме того, сходен с металлами группы железа. Эти два металла извлекают из тортвейтитовой руды, являющейся силикатом скандия и содержащей иттрий и другие элементы.

Эти элементы включаются в данную товарную позицию независимо от того, находятся они в смесях или в сплавах. Например, в данную товарную позицию включен "мишметалл", который является сплавом, содержащим 45 - 55% церия, 22 - 27% лантана, другие лантаноиды, иттрий и различные примеси (до 5% железа, следы кремния, кальция, алюминия). "Мишметалл" используется, в основном, в металлургии и для производства более прозрачных оптических стекол. В сплаве, где железа более 5%, или с магнием или другими металлами он классифицируется в других товарных позициях (например, если он имеет свойства пирофорного сплава, то включается в товарную позицию 3606).

В данную товарную позицию не включаются соли и соединения редкоземельных металлов, иттрия и скандия (товарная позиция 2846).

Г. Ртуть

Ртуть является единственным металлом, который при комнатной температуре находится в жидком состоянии.

Ее получают путем обжига природного сульфида ртути (киновари) и отделяют от других металлов, содержащихся в руде (свинец, цинк, олово, висмут), путем фильтрации, дистилляции в вакууме и обработки разбавленной азотной кислотой.

Ртуть - это блестящая серебристая жидкость, тяжелая (удельный вес 1359), токсичная и разъедающая драгоценные металлы. При комнатной температуре чистая ртуть на воздухе не окисляется, но металл с примесями покрывается коричневатой пленкой оксида ртути. Ртуть хранится в специальных железных сосудах ("колбах").

Ртуть используется для приготовления амальгам (товарная позиция 2843 или 2851). Она используется в металлургии золота и серебра, в производстве позолоченных и посеребренных изделий и в производстве хлора, гидроксида натрия, солей ртути, искусственной киновари или фульминатов. Она также применяется в производстве ртутных ламп и в различных физических приборах, в медицине и т.п.

В данную товарную позицию не включается ртуть в виде коллоидной суспензии (красная или зеленая жидкость, получаемая электрической дугой в воде между ртутью и платиной), применяемая в медицине и включаемая в группу 30.