РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. В 1794 финский химик Юхан Гадолин открыл новый элемент, который назвали иттрием. С этого открытия началась история семейства химических элементов, которых тогда называли редкими землями. Землями химики прошлого называли окислы кальция, магния, бария. Редкоземельными элементы или лантаноиды, как их именуют теперь, обладают многими свойствами «земель». Однако сам иттрий не вошел в семейство редкоземельных элементов, хотя по своим свойствам он им очень близок и даже в природе встречается вместе с ними.

Само название «редкие земли» говорит о том, что эти элементы редко находили в природе. Вторую редкую землю, цериевую, открыл в 1803 Й.Берцелиус. Иттрий и церий встречались в одних и тех же минералах и обладали схожими свойствами. Эта схожесть явилась сигналом о грядущих проблемах, связанных с редкими землями. Исследователи установили, что и иттрий, и церий являются смесями элементов. В 1839 ученик Берцелиуса Карл Мосандер выделил из церия два новых редкоземельных элемента – лантан и дидим. Еще через несколько лет Мосандер нашел, что иттрий – также смесь элементов, которые были названы тербий и эрбий. Все шесть редких земель обладали очень схожими характеристиками. Их было трудно различить, т.к. они обладали изменчивой окраской, зависящей и от способа их получения и от чистоты земель, и все они давали одинаковые химические реакции. Только в 1860 Кирхгофу и Бунзену удалось с помощью спектрального анализа отличить характерный спектр каждого из этих элементов. Однако их систематизация представляла большую проблему. Д.И.Менделеев был вынужден размещать шесть известных на тот момент элементов в своей периодической таблице, исходя из того, что все они были трехвалентны, все подходили к третьей группе системы, – но она могла предоставить им лишь одно место. Менделеев полагал, что современным ему химикам не известны все свойства редких металлов, которые позволили бы их правильно систематизировать. Однако тридцать лет спустя Менделеев был вынужден написать о том, что в отношении редких земель определенность не появилась.

Спектральный анализ оказался не слишком точным методом, часто находя новые элементы там, где малейшие примеси других веществ изменяли спектральную картину. За сто лет множество раз ученые ошибочно объявляли об открытии нового редкоземельного элемента. Все они были схожи между собой. Схожесть редкоземельных элементов обуславливается тем, что две наружные электронные оболочки атомов этих элементов, от которых как раз и зависят их химические свойства, устроены одинаково.

Дидим оказался смесью элементов. В 1879 французский ученый Лекок де Буабодран вычленил из этой смеси самарий, а в 1885 австрийский химик Ауэр фон Вельсбах определил два оставшихся элемента, названных неодим и празеодим. От эрбия удалось отделить неизвестные прежде элементы: гольмий, тулий, иттербий, и от тербия – диспрозий и лютеций. В честь Гадолина был назван еще один открытый элемент, гадолиний. Прометий получают искусственно, поскольку в земной коре его не обнаружили. Сравнительно чистый металлический скандий был получен лишь в 1937.
В 20 веке химики установили существование по крайней мере 17 редких земель – скандий, иттрий, лантан и лантаноиды: церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий и лютеций. В периодической таблице лантан и лантаноиды помещают в третью группу в клетку лантана.

Редкоземельные элементы на деле не так уж и редки, например, их запасы в земной коре в два раза превышают запасы олова, а золота – в несколько тысяч раз. Они составляют 20% всех известных на Земле металлов, отличаются высокой химической активностью, легко входят в состав сплавов и удаляют их них вредные примеси – серу, азот, кислород, фосфор, тем самым повышая качество стали. Широко используются в силикатной промышленности для повышения качества стекла и его окрашивания, в оптике, в ядерной энергетике, в радиотехнике, электронике и во многих других областях промышленности.