Лантан
Оксид лантана (La2O3)
| Оглавление | Видео опыты по химии | На главную страницу |
|
Химия и Химики № 1 2012 Предварительный вариант |
Открытие элементов и происхождение их названий Фигуровский Н.А. |
|
Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter
В первый период исследования редких земель (конец XVIII - начало XIX в.) названия редких земель и содержащих их минералов были весьма запутанными. Так, минерал, найденный в окрестностях местечка Иттерби и названный иттербит, после исследования его Гадолиным был переименован в гадолинит. Экеберг, повторив исследование Гадолина и очистив выделенную из гадолинита землю, дал ей название иттрия. Подобная же редкая земля была обнаружена Клапротом и независимо от него Берцелиусом и Гизингером в минерале церите. Клапрот назвал новую землю охроитовой землей, а Берцелиус - окисью церия. Таким образом, земли иттрия и церия не различались друг от друга до тех пор, пока Берцелиус совместно с Ганом не установил различие между ними, дав одной из них название иттрия, а другой церия. Обе земли подверглись в дальнейшем тщательным исследованиям многих ученых. Среди них следует отметить сотрудника Берцелиуса Мозандера, который в 1826 г. пришел к заключению, что в цериевой земле помимо церия содержится окисел и другого неизвестного элемента. Когда в его распоряжении оказалось большее количество церита, Мозандер сумел выделить новую землю, содержащую элемент, свойства которого заметно отличались от свойств церия. Новый элемент был назван лантан (Lanthanum) от греч. - скрываться, забываться. Через три года Мозандер выделил из лантановой земли еще одну землю, элемент которой он назвал дидимом. Однако позднее было доказано, что дидим является смесью нескольких элементов. |
|
Лантан |
|
Оксид лантана (La2O3) |
|
Открытие церия (англ. Cerium, франц. Cerium, нем. Сеr) является начальным звеном длинной цепи исследований редкоземельных элементов цериевой группы. Цериевую землю открыли в 1803 г. одновременно и независимо друг от друга Клапрот в Германии и Берцелиус и Гизингер в Швеции. Задолго до этого открытия на медном и висмутовом рудниках Бастнес в Швеции был найден тяжелый минерал. Его изучением занялся Кронштедт и, сочтя его трудно восстановимой железной рудой с примесью вольфрама (тунгстена), назвал тунгстеном (тяжелый камень из Бастнеса). Затем этот красноватый тунгстен исследовали Шееле и Элюайр и не нашли в нем вольфрама. В 1803 г. Клапрот, получивший в свое распоряжение образец минерала, заподозрил присутствие в нем какого-то неизвестного простого тела. При действии на освобожденный от железа желтый раствор минерала аммиаком получался осадок, прокалив который Клапрот получил коричневый порошок - окись новой земли. Он предложил назвать ее охроитом (ochroit) от греч. - желтовато-коричневый. В действительности же окись церия имеет белый цвет, и лишь ее перекисное соединение обладает оранжево-коричневым цветом. Вероятно, Клапрот работал с загрязненной цериевой землей, и ее окраска объяснялась примесью других редких земель, в частности празеодима, имеющего коричневую окраску. Одновременно с Клапротом анализом минерала занимался Берцелиус, в то время молодой врач-гидропат, совладелец фабрики минеральных вод, основанной бароном Гизингером. Однако и тогда Берцелиус интересовался химией и совместно с Гизингером производил химические исследования. Оба они заинтересовались загадочным "тяжелым шпатом" и по внешнему виду приняли его за разновидность гадолинита, содержащего медь, висмут и сернистое соединение молибдена. Растворив минерал в кислоте и отделив кремнезем и железо, они получили белый осадок, который после прокаливания стал коричневым, хотя и не содержал железа. В результате тщательных операций им удалось получить окисел неизвестного металла в количестве 50% веса минерала. Они решили назвать металл, содержащийся в этом окисле, церием (Cerium) по имени малой планеты Цереры - первой из малых планет, открытой в 1801 г.; минерал, из которого была получена новая земля, был наименован церитом. Клапрот через несколько лет (1807) оспаривал название "церий", указывая, что оно может привести к недоразумениям, так как почти одинаково с лат. cera, означающим воск. Он предлагал назвать новый металл церерием (Cererium), а минерал цереритом. Многие химики приняли эти названия. Однако в своем учебнике химии Берцелиус указал, что такое изменение названия нецелесообразно, так как слово "церерий" трудное, неудобное для произношения. В середине прошлого столетия название церий стало общепринятым. Металлический церий был получен в чистом виде спустя 74 года (1875) после открытия элемента. В русской литературе употребляются оба названия и, кроме того, в более ранних сочинениях встречаются: церь (Захаров, 1810), церин (Страхов, 1825), цер, цериум (Двигубский, 1828). После появления учебника Гесса (1833) название "церий" утвердилось. |
Церий |
Сульфат церия Ce(SO4)2 |
|
Открытие празеодима (англ. Рrаsеоdymium, франц. Praseodyme, нем. Praseodym) тесно связано с открытием неодима. В 1841 г. Мозандер разделил лантановую землю на две. Одна из них получила старое название "лантана", другая, близкий по свойствам близнец лантана, "дидимия" (от греч. - близнец). Несколько десятилетий предполагаемый элемент этой земли - дидимий - фигурировал в перечнях и таблицах элементов. В 1879 г. Лекок де Буабодран выделил из дидимии новую землю самарию, а три года спустя Ауэр фон Вельсбах разделил оставшуюся дидимию еще на две земли. При этом он получил две группы соединений; в одну из них входили соли, окрашенные в зеленый цвет и окисел бледно-зеленого цвета, в другую - соли, окрашенные в цвета от розового до фиолетово-красного, и окисел серо-синего цвета. Исходя из этого, Вельсбах сообщил об открытии им двух новых элементов. Дающий соли зеленого цвета он назвал празеодимом (празеодидимом) от греч. - светло-зеленый, как лук, и старого названия земли "дидимия". Таким образом, празеодим можно перевести как "светло-зеленый дидим". Элемент второй земли был назван неодимом. |
Празеодим |
Оксид празеодима Pr2O3 придает стеклу зеленую окраску |
|
Неодим (англ. Neodymium, франц. Neodyme, нем. Neodym) впервые был получен при разложении мнимого элемента дидимия (Didymium). В 1841 г. Мозандер разделил лантановую землю на две; одна из них сохранила старое название "лантан", вторая была названа дидимия (от греч. - парный, близнец). Уже в то время подозревали, что дидимия представляет собой смесь неизвестных земель, и действительно, в 1879 г. Лекок де Буабодран выделил из нее землю, которую назвал самария. Спустя три года Ауэр фон Вельсбах разделил оставшуюся дидимию еще на две новые земли, элементы которых наименовал празеодимом и неодимом. Название неодим произведено от слова "дидимия" и греч. приставки "нео" (новый). |
Неодим |
Оксид неодима Nd2O3 придает стеклу синюю окраску |
|
История открытия этого элемента наглядно демонстрирует те чрезвычайные трудности, которые пришлось преодолеть нескольким поколениям исследователей при изучении и открытии редкоземельных элементов. После открытия в 1907 г. иттербия и лютеция казалось, что серия редкоземельных элементов, размещенная в III группе периодической системы, уже полностью завершена и едва ли можно рассчитывать на ее пополнение. Между тем некоторые видные исследователи редких земель, в частности Браунер, полагали, что в серии редких земель между неодимом и самарием должен существовать еще один элемент, так как разница в атомных весах этих двух элементов аномально высока. После того как Мозли установил порядковые номера элементов, еще очевидней стало отсутствие в группе редкоземельных элементов элемента 61, и в 20-х годах нашего столетия начались интенсивные поиски его. Долгое время они были безрезультатными. Первое сообщение об открытии элемента 61 сделали американцы Гаррис и Гопкинс в 1926 г. Путем фракционирования концентрированных земель неодима и самария и рентгенографического анализа выделенных фракций они обнаружили новый элемент, названный ими иллинием (Illinium) в честь Иллинойского университета, где было сделано предполагаемое открытие. Авторы отметили, что элемент 61 радиоактивен и обладает коротким периодом полураспада. Их сообщение вызвало резкие возражения Прандтля, который не смог обнаружить следов нового элемента, проверяя в течение года данные американских авторов. Супруги Ноддаки, располагавшие 100 кг редких земель, также не подтвердили сообщения американцев. В конце 1926 г. появилась еще одна версия. Сотрудники Флорентийского университета Ролла и Фернандес объявили, что еще в 1924 г. они послали в Академию деи Линчеи закрытый пакет, в котором имелось соoбщение об открытии ими элемента 61. Они выделили элемент путем 3000-кратной кристаллизации дидимиевой земли, содержащей 70% неодима и празеодима, и назвали флоренцием (Florentium). Появлялись и другие сообщения об открытии элемента 61, называвшегося иногда эка-неодимом (Eka-Neodymium), но ни одно из них не подтверждалось. Дальнейшие исследования привели к тому, что неуловимый элемент стали считать радиоактивным короткоживущим, в связи с чем нахождение его в природе маловероятно. Естественно, что после этого стали пытаться получить элемент искусственно. В 1941 г. в университет штата Огайо, Лау, Пул, Курбатов и Квилл, бомбардируя в циклотроне образцы неодима и самария дейтронами, получили большое число радиоактивных изотопов, среди которых, как они думали, имелся и изотоп элемента 61. Сегрэ и By подтвердили это предположение, но и им не удалось химически идентифицировать искомый изотоп. Тем не менее американские исследователи из Огайо предложили для элемента свое название циклоний (Cyclonium), так как он был получен с помощью циклотрона. Финальной стадией этого длинного ряда работ по искусственному получению и выделению элемента 61 оказались исследования продуктов, получающихся в атомном котле. В 1947 г. Маринский, Гленденин и Кориэлл хроматографически разделили продукты деления урана в атомном котле и выделили два изотопа элемента 61; массовое число одного из них 147, период полураспада 2,7 года, второго - соответственно 149 и 47 часов. По предложению супруги Кориэлла новый элемент наименовали прометеем (Prometheum) от имени мифического героя Прометея, похитившего у Зевса огонь и передавшего его людям. Этим названием авторы открытия хотели подчеркнуть не только метод получения элемента с использованием энергии ядерного деления, но и угрозу наказания зачинщикам войны. Как известно, Зевс наказал Прометея, приковав его к скале на растерзание орлу. В 1950 г. Международная комиссия по атомным весам дала элементу 61 название прометий, все старые названия - иллиний, флоренций, циклоний и прометей - были отвергнуты. |
Свечение образца хлорида прометия (III) |
|
Открытие самария - результат упорных химико-аналитических и спектральных исследований дидимиевой земли, выделенной Мозандером из цериевой земли. Несколько десятилетий после того, как Мозандер выделил из лантаны землю дидимию, считалось, что существует элемент дидимий, хотя некоторые химики подозревали, что это смесь нескольких элементов. В середине XIX в. новым источником для получения дидимиевой земли стал минерал самарскит, открытый русским горным инженером В. М. Самарским в Ильменских горах; позднее самарскит был найден в Северной Америке в штате Северная Каролина. Многие химики занимались анализами самарскита. В 1878 г. Делафонтен, исследовавший образцы дидимы, выделенной из самарскита, обнаружил две новые голубые линии спектра. Он решил, что они принадлежат новому элементу, и дал ему многозначительное название деципий (лат. decipere - одурачивать, обманывать). Были и другие сообщения об обнаружении новых линий в спектре дидимы. Этот вопрос был решен в 1879 г., когда Лекок де Буабодран, пытаясь разделить дидимию, установил, что спектроскопический анализ одной из фракций дает две голубые линии с длиной волн 400 и 417 A. Он пришел к выводу, что эти линии отличны от линий деципия Делафонтена, и предложил назвать новый элемент самарием (Samarium), подчеркивая этим, что он выделен из самарскита. Деципий же оказался смесью самария с другими элементами дидимии. Открытие Лекока де Буабодрана подтвердил в 1880 г. Мариньяк, которому при анализе самарскита удалось получить две фракции, содержащие новые элементы. Мариньяк обозначил фракции Yβ и Yα. Позднее, элемент, присутствующий во фракции Yα, получил название гадолиний, фракция же Yβ имела спектр, аналогичный спектру самария Лекока де Буабодрана. В 1900 г. Демарсэ, разработавший новый метод дробной кристаллизации, установил, что спутником самария является элемент европий. |
Самарий |
Минерал самарскит |
|
Открытие европия связано с ранними спектроскопическими работами Крукса и Лекока де Буабодрана. В 1886 г. Крукс, исследуя спектр фосфоресценции минерала самарскита, обнаружил полосу в области длин волн 609 А. Эту же полосу он наблюдал при анализе смеси иттербиевой и самариевой земель. Крукс не дал названия подозревавшемуся элементу и временно обозначил его индексом R. В 1892 г. Лекок де Буабодран получил от Клеве 3 г очищенной самариевой земли и произвел ее дробную кристаллизацию. Спектроскопировав полученные фракции, он обнаружил ряд новых линий и обозначил предполагаемый новый элемент индексами ε(эпсилон), и ζ(дзетта). Четыре года спустя Демарсэ в результате длительной кропотливой работы по выделению из самариевой земли искомого элемента отчетливо увидел спектроскопическую полосу неизвестной земли; он дал ей индекс "E". Позднее было доказано, что ε(эпсилон), и ζ(дзетта) Лекок де Буабодрана, "E" Демарсэ и аномальные полосы спектра, наблюдавшиеся Круксом, относятся к одному и тому же элементу, названному Демарсэ в 1901 г. европием (Europium) в честь континента Европы. |
Европий |
Оксид европия Eu2O3 |
|
В 1794 г. профессор химии и минералогии в университете Або (Финляндия) Гадолин, исследуя минерал, найденный близ местечка Иттерби в трех милях от Стокгольма, открыл в нем неизвестную землю (окисел). Несколько лет спустя Экеберг повторно исследовал эту землю и, установив наличие в ней бериллия, назвал его иттриевой (Yttria). Мазандер показал, что иттриевая земля состоит из двух земель, которые он назвал тербиевой (Terbia) и эрбиевой (Erbia). Далее Мариньяк в тербиевой земле, выделенной из минерала самарскита, обнаружил еще одну землю - самариевую (Samaria). В 1879 г. эту же землю выделил из дидимия и новой земли, обозначенной им индексом "α", Лекок де Буабодран и с согласия Мариньяка назвал последнюю гадолиниевой землей в честь Гадолина - первого исследователя минерала иттербита. Элемент, содержащийся в гадолиниевой земле (Gadolinia), получил название гадолиний (Gadolinium); в чистом виде он получен в 1896 г. |
Гадолиний |
Йоган Гадолин - финский химик, физик и минералог. Первооткрыватель иттрия. |
|
История открытия этого элемента довольно запутана. Она начинается с черного минерала, найденного в 1788 г. близ деревни Иттерби в Швеции и получившего название гадолинита. В 1797 г. Экеберг, вновь, после Гадолина, исследовавший гадолинит, выделил из него редкие земли, принятые им за одну, получившую название иттрия. 45 лет спустя, в 1843 г., Мозандер разложил иттриевую землю на три особые земли - иттрию, тербию и эрбию; все эти слова произведены от названия деревни Иттерби путем деления его на слоги (итт, ерб, терб), что символизировало разделение минерала на три части. Тербиевая земля, т.е. окись тербия, представляла собой самое слабое основание среди трех земель; ее соли оказались окрашенными в розовый цвет. В 1860 г. шведский химик Берлин, работавший с иттриевой землей Экеберга, спутал тербию и эрбию: розовые соли он приписал эрбиевой земле, а тербию Мозандера называл эрбией. Это поставило под сомнение результаты разложения иттрии Мозандером. Дело осложнилось еще и тем, что авторитетные химики частично подтвердили выводы Берлина. Например, Бунзен нашел в иттриевой земле Экеберга лишь иттрий и эрбий Берлина с розовыми солями; Клеве пришел к тому же результату. Таким образом, существование тербиевой земли стало сомнительным. Дальнейшие исследования иттриевой земли оказались связанными с множеством ошибочных выводов. Так, Смит в 70-х годах выделил из иттрии землю, будто бы содержащую новый элемент, который он назвал мозандрием. Позже Лекок де Буабодран нашел в мозандрии тербий, гадолиний и самарий. Мариньяк, повторивший его исследования, пришел к выводу, что мозандрий является окисью тербия. Делафонтен, правильно отстаивавший существование особой тербиевой земли, в свою очередь открыл в ней два несуществующих элемента: филиппий (между тербием и иттрием) и деципий. Но ошибка Делафонтена сыграла и положительную роль. Продолжив его исследования, Мариньяк с помощью спектрального анализа выделил из тербиевой земли гадолиний. Все эти земли, однако, были нечистыми, и исследования их приводили к противоречивым результатам. Так, в 1886 г. Лекок де Буабодран, исследуя спектры флюоресценции редких земель, пришел к выводу, что существует не один тербий, а целая группа тербинов; эти тербины затем оказались смесями редкоземельных элементов. Вся эта путаница хорошо иллюстрируется определением атомного веса тербия. Для него в период с 1864 по 1905 г. получено девять значений - от 113 до 163,1. Окончательную ясность в вопрос о существовании тербия внесли работы Урбэна, доказавшего в 1906 г., что именно к этому элементу относятся розовая окраска солей (работы Мозандера), спектр поглощения и спектр обращения, установленные Лекок де Буабодраном, мнимые элементы ионий, инкогниций и "γ", найденные Демарсе по ультрафиолетовой фосфоресценции и искровому спектру (1900). Точное определение атомного веса тербия (159,2) тоже сделано Урбэном. |
Тербий |
Сульфат тербия Tb2(SO4)3 - вещество белого цвета, имеющее зеленую флюоресценцию при облучении УФ-лампой |
|
В 1843 г. швед Мозандер показал, что иттриевая земля представляет собой комплекс целого ряда земель. Во второй половине XIX в. из иттрии было выделено 11 редких земель; последняя из них открыта в 1886 г. Лекоком де Буабодраном при спектроскопическом анализе гольмии, или гольмиевой земли. Новая земля названа диспрозия, а содержащийся в ней элемент - диспрозием (Dysprosum). Это название французский ученый произвел от греч. - труднодоступный из-за тех трудностей, которые он должен был преодолеть при выделении новой земли. В 1906 г. Урбэн получил диспрозий в чистом виде. |
Диспрозий |
Сульфат диспрозия Dy2(SO4)3 |
|
Элемент открыт в 1878-1879 гг. швейцарским химиком Сорэ, который, исследуя старую эрбиевую землю (эрбию), обнаружил раздвоение спектральных линий. Сорэ обозначил новый элемент индексом Х. Вскоре (1879) шведский химик Клеве выделил из "прежней эрбиевой земли" некоторое количество солей элемента, окрашенных в оранжевый цвет; они оказались солями элемента Х. Несмотря на то, что Клеве не смог охарактеризовать новый элемент более подробно, чем это сделал Сорэ, он предложил назвать новую землю гольмией (holmia), а элемент - гольмием (Holmium) в честь столицы Швеции Стокгольма, носившего в старину латинское название Гольмия (Holmia); около Стокгольма были найдены редкоземельные минералы, которые исследовал Клеве. |
Гольмий |
Оксид гольмия Ho2O3 при дневном свете (слева) и при УФ-облучении (справа) |
|
Эрбий найден впервые в черном минерале, извлеченном из каменоломни близ Иттерби. История его открытия уже излагалась. Здесь мы напомним лишь то, что название "эрбия" появилось впервые в 1743 г., когда Мозандеру удалось разложить иттриевую землю на три земли - иттрию, тербию и эрбию. Затем прошло 36 лет, прежде чем из эрбиевой земли удалось выделить индивидуальный окисел нового элемента эрбия. Это слово произведено от названия деревни Иттерби, разделенного на слоги. |
Эрбий |
Оксид эрбия Er2O3 придает стеклу розовую окраску |
|
< Содержание >
< Часть 1 >
< Часть 2 >
< Часть 3 >
< Часть 4 >
< Часть 5 > < Часть 6 > < Часть 7 > < Часть 8 > < Часть 9 > < Часть 10 > < Часть 11 > |