Редкоземельные элементы
Это исторически сложившееся название 15 химических элементов: лантана Z = 57 и 14 лантоноидов (от Се, Z = 58 до Lu, Z = 71), расположенных в шестом периоде таблицы Менделеева. К РЗЭ иногда относят также скандий (Z — 21) и иттрий (Z = 39), история открытия и изучения которых тесно связана с историей РЗЭ.
В природе редкоземельные элементы обычно сопутствуют друг другу. Их нельзя относить к классическим редким элементам. Ныне известно 250 редкоземельных минералов.
В XIX — начале XX в. провозглашались открытия более 100 новых РЗЭ, но подавляющее большинство этих открытий оказались ошибочными. И никто не мог с достоверностью сказать, сколько же РЗЭ существует на самом деле.
Это была первая их проблема. Вторая состояла в удивительном химическом сходстве РЗЭ. Известны случаи, когда, для того чтобы отделить один РЗЭ от другого, требовались годы напряженной работы и многие тысячи однообразных химических операций разделения. Почему РЗЭ так сходны? Этого тоже никто долго не мог объяснить. И наконец, третья проблема: как разместить РЗЭ в периодической системе химических элементов, тем более что все они в соединениях, как правило, трехвалентны?
Решить эти проблемы удалось физикам, но и химики сделали всё, что было в их возможностях. Во всяком случае они правильно расположили РЗЭ в ряд (по увеличению их атомных масс) и ориентировочно оценили количество этих элементов.
История РЗЭ началась в 1794 г., когда финский химик Ю. Гадолин выделил иттриевую «землю» — оксид иттрия. Важно заметить, что ни один из РЗЭ не был сразу получен в виде металла, а все они первоначально выделялись в виде «земель» — оксидов. «Иттриевая земля» Гадолина, так же как и «церие-вая земля», открытая в 1803 г. Я. Берцелиусом, В. Хизингером и независимо М. Клапротом, не были индивидуальными химическими соединениями, а представляли смесь нескольких оксидов РЗЭ. Из последовательного разделения таких смесей на составляющие состоит, по существу, вся история открытия РЗЭ. А разделить очень близкие по свойствам РЗЭ чрезвычайно трудно.
Во многих названиях РЗЭ отразилась история их открытия. Так, название «иттербий» дано в честь Иттербю — маленькой шведской деревушки, где был найден первый редкоземельный минерал. Гадолиний был назван в честь Ю. Гадолина. «Диспрозий» в переводе с греческого означает «труднодоступный». Название «самарий» происходит от минерала самар-скита, из которого был выделен этот элемент; «лантан» в переводе с греческого означает «скрытый». Дидим («близнец») долгое время признавался самостоятельным элементом, но, как оказалось, он является смесью неодима («новый близнец») и празеодима («зеленый близнец» — по цвету его солей). Несколько названий носят географический характер: скандий (в честь Скандинавии), гольмий (от Гольмиа — старого названия Стокгольма) и лютеций (от старого романского названия Парижа), тулий назван в честь легендарной страны Туле, будто бы расположенной на краю земли. Одно название — астрономическое: церий (в честь астероида Церера). Лишь один РЗЭ пропущен в перечне: это искусственно синтезированный прометий (от имени мифологического героя Прометея). Существование «пробела» между неодимом и самарием в ряду РЗЭ, которое и занял прометий, было установлено на основании закона Мозли. Н. Бор на основе своей теории построения электронных оболочек атомов доказал, что последним РЗЭ является лютеций (Z = 71). Так разрешилась первая проблема РЗЭ — окончательно выяснилось их точное количество. Бор решил и вторую: в атомах лантаноидов заполняется 14 ^/-электронами глубинная N-оболочка, ранее остававшаяся недостроенной. Будучи третьей снаружи, она почти не влияет на химические свойства, а потому лантаноиды очень похожи на лантан и имеют много общего со скандием и иттрием. Ведь эти два элемента — непосредственные химические аналоги лантана в периодической системе, а по величинам своих атомных радиусов они оказываются внутри ряда лантаноидов. И только третья проблема продолжает волновать время от времени ученых, вызывая споры о размещении лантаноидов в периодической системе. Общепринятый вариант их размещения (в одной клетке с лантаном), пожалуй, наиболее удачный.
РЗЭ составляют 1/6 часть всех известных элементов и более 1/4 существующих на Земле металлов. Но долгое время практическое применение этих элементов было весьма ограниченным. Положение в корне изменилось в 60—70-х гг. нашего века. Ныне диапазон использования РЗЭ чрезвычайно широк. Чистые редкоземельные металлы (а многие их них удалось получить только после второй мировой войны) обладают весьма интересными специфическими свойствами и при этом заметно отличаются друг от друга. Это очередной парадокс в истории РЗЭ, которые считались уныло однообразными из-за своего химического подобия в трехвалентном состоянии. В действительности однообразие обернулось не менее удивительным многообразием.
