Лантаноиды
при лечении некоторых форм рака.
Важное значение приобрел европий как активатор люминофоров.
Микропримесями европия активируют, в частности, окись иттрия Y2O3 и
ортованадат иттрия YVO4, используемые для получения красного цвета на
телевизионных экранах. Приобрели практическое значение и другие люминофоры,
активированные европием.
Соединения европия (он проявляет валентности 2+ и 3+), как правило,
белого цвета с розовато-оранжевым оттенком. Соединения европия с хлором и
бромом светочувствительны.
ГАДОЛИНИЙ.
Элемент N64 - гадолиний открыт в 1880 году. Первооткрыватель этого
элемента - швейцарский химик Жан Шарль Галиссар де Маринбяк (1817-1894)
долгое время работал во Франции. Общие научные интересы - редкие земли и
спектральный анализ - сблизили его с Лекок де Буабодраном. Именно Лекок де
Буабодран, с согласия Мариньяка, назвал гадолиниевой открытую им новую
землю. А через два года после смерти Мариньяка был впервые получен в
относительно чистом виде элементарный гадолиний. Между прочим, это был
первый случай в истории науки, когда химический элемент назвали в
память об ученом, члене-корреспонденте Петербургской академии - Юхане
Гадолине, который был одним из первых исследователей редких земель.
На первый взгляд, по физическим и химическим свойствам гадолиний
ничем не отличается от других редкоземельных металлов. Он- светлый,
незначительно окисляющийся на воздухе металл - по отношению к кислотам и
другим реагентам ведет себя так же, как лантан и церий. Но с гадолиния
начинается иттриевая подгруппа редкоземельных элементов, а это значит, что
на электронных оболочках его атомов должны быть электроны с
антипараллельными спинами.
Всего один дополнительный электрон появился в атоме гадолиния по
сравнению с атомом предыдущего элемента самария. Он, этот добавочный
электрон, попал на вторую снаружи оболочку, а первые пять электронных
"слоев", в том числе и развивающаяся у большинства лантаноидов оболочка N,
у атомов самария и гадолиния построены одинаково. Всего один электрон и
один протон в ядре, но как преображают они некоторые свойства очередного
лантаноида !
Прежде всего гадолинию свойственно наивысшее среди всех электронов
сечение захвата тепловых нейтронов, 46000 барн - такова эта величина для
природной смеси изотопов гадолиния. А у гадолиния-157 (его доля в природной
смеси 15,68 %) сечение захвата превышает 150 000 барн. Гадолиний-157 -
"рекордсмен" среди всех стабильных изотопов.
Отсюда возможности гадолиния при управлении цепной ядерной реакцией и
для защиты от нейтронов. Правда, активно захватывающие нейтроны изотопы
гадолиния, 157Gd и 155Gd, в реакторах довольно быстро "выгорают"
-превращаются в "соседние" ядра, у которых сечение захвата на много
порядков меньше. Поэтому в конструкциях регулирующих стержней с гадолинием
могут конкурировать другие редкоземельные элементы, прежде всего самарий и
европий.
Но не только рекордными сечениями захвата знаменит гадолиний. У него
наибольшее из всех лантаноидов удельное электрическое сопротивление-
примерно вдвое больше, чем у его аналогов. Почти в два раза больше, чем у
лантана и церия, и удельная теплоемкость гадолиния. Наконец, магнитные
свойства ставят элемент N64 в один ряд с железом, кобольтом и никелем. В то
время как лантан и другие лантаноиды парамагнитны, гадолиний -
ферромагнетик, причем даже более сильный, чем никель и кобальт. Но железо и
кобальт сохраняют ферромагнитность и при температурах порядка 1000 °С,
никель - до 631 °С. Гадолиний же теряе это свойство, будучи нагрет всего до
290°С.
Необычные магнитные свойства и у некоторых соединений гадолиния. Его
сульфат и хлорид (гадолиний, кстати, всегда трехвалентен), размагничиваясь,
заметно охлаждаются. Это свойство использовали для получения сверхнизких
температур. Сначало соль состава Gd2(SO4)3*8H2O помещали в магнитное поле и
охлаждали до предельно возможной температуры. А затем давали ей
размагнититься. При этом запас энергии, которой обладала соль, еще
уменьшался, и в конце опыта температура кристаллов от абсолютного нуля
отличалась всего на одну тысячную градуса.
Сверхнизкие температуры открыли еще одно применение элементу N64.
Сплав гадолиния с церием и рутением в этих условиях приобретает
сверхпроводимость. И в то же время в нем наблюдали слабый ферромагнитизм.
Таким образом, для магнетохимии представляют непреходящий интерес и сам
гадолиний, и его соединения, и сплавы.
Другой сплав гадолиния - с титаном - применяют в качестве активатора
в стартерах люминесцентных ламп. Этот сплав впервые получен в нашей стране.
ТЕРБИЙ.
Элемент N65 в природе существует в виде одного - единственного
стабильного изотопа тербий-159. Элемент редкий, дорогой и используемый пока
в основном для изучения свойств элемента N65. Весьма ограниченно соединения
тербия используют в люминофорах, лазерных материалах и ферритах.
Тербий - идеальный парамагнетик. В чистом виде представляет собой
металл серебристого цвета, который при нагревании покрывается окисной
пленкой.
Темно-коричневый порошок окиси тербия имеет состав Tb4O7 или
Tb2O3*2TbO2. Это значит, что при окислении часть атомов тербия отдает по
три электрона, а другая часть - по четыре. Треххлористый тербий TbCl3 -
самое легкоплавкое соединение из всех галогенидов редкоземельных элементов
- плавится при температуре меньше 600 °С.
История тербия достаточно путанная. В течении полувека существования
этого элемента не раз брали под сомнение, не смотря на то что
первооткрывателем тербия был такой авторитет в химии редких земель, как
Карл Мозандер. Это он разделил в 1843 г. иттриевую землю на три: иттриевую
(белого цвета ), тербиевую (коричневого ) и эрбиевую (розового). Но такие
известные ученые 19 века, как Р. Бунзен и Т. Клеве, нашли в иттриевой
земле лишь два окисла и счетали сомнительным существование третей -
тербиевой земли. Позже Лекок де Буабодран обнаружил тербий (вместе с
гадолинием и самарием ) в псевдоэлементе мозандрии. Однако затем он сам
запутался, придя к выводу, что существует не один тербий, а несколько
элементов - целая группа тербинов ... Словом, путанницы было хоть
отбавляй. И лишь в начале 20 века известный французский химик Жорж Урбен
(1872-1938) получил чистые препараты тербия и положил конец спорам.
ДИСПРОЗИЙ.
Диспрозий - один из самых распространенных элементов иттриевой
подгруппы. В земной коре его в 4,5 раза больше, чем вольфрама. Выклядит он
так же, как и остальные члены редкоземельного семейства, проявляет
валентность 3+; окраска окиси и солей светло-желтая, обычно с зеленоватым,
реже с ораньжевым оттенком.
Название этого элемента произхобит от греческого ((((((((((( , что
означает "трудно-доступный ". Название элемента N66 отразило трудности, с
которыми пришлось столкнуться его первооткрывателю. Окисель этого элемента-
"землю" диспрозия открыл Лекок де Буабодран спектроскопически, а затем
выделил ее из окиси иттрия. Произошло это в 1886 году, а через 20 лет Жорж
Урбен получил диспрозий в относительно чистом виде.
Среди прочих лантаноидов диспрозий мало чем выделяется. Правда, ему,
как и гадолинию, при определенных условиях свойствен ферромагнетизм, но
только при низких температурах. Специалисты видят в диспрозии ценный
компонент сплавов со специальными магнитными свойствами.
Для атомной энергетики диспрозий представляет ограниченный интерес,
поскольку сечение захвата тепловых нейтронов у него достаточно велико
(больше 1000 барн) по сравнению с бором или кадмием, на много меньше, чем у
некоторых других лантаноидов - гадолиния,самария... Правда, диспрозий
более тугоплавок, чем они, и это в какой-то мере уравнивает шансы.
ГОЛЬМИЙ.
На VII Менделеевском съезде (1958 год) выступил известный немецкий
ученый, один из первооткрывателей рения, Вальтер Ноддак. Но не рению был
посвящен его доклад. "Техническое разделение и получение в чистом виде
редкоземельных элементов семейства иттрия" - так была сформулирована тема.
Ноддак кассказал, в частности, что ему пришлось проделать 10 000
фракциональных кристализаций для того, чтобы выделить 10 миллиграммов
чистой окиси гольмия... Сейчас методами жидкостной экстракции и ионного
обмена получают сотни килограммов окиси гольмия чистотой более 99,99 %.
Для соединений элемента N67, элемента рассеяного и редкого,
характерна желтая окраска различных оттенков. Пока эти соединения
используют только в исследовательских целях.
Гальмий - идеальный парамагнетик, но подобные магнитные свойства у
большинства редкоземельных элементов.
Моноизотопность природного гольмия (весь он состоит из атомов с
массовым числом 165) тоже не делает элемент N67 уникальным. Установленно,
что соединения гольмия можно использовать в качестве катализаторов, но и
другим лантаноидом свойственна каталитическая активность... Таким образом,
получается, что пока элемент N67 "не нашел своего лица"...
Как считают юольшинство историков науки, гольмий открыт шведским
химиким Т. П. Клеве в 1879 году. Клеве, продолжая разделять компоненты
окиси иттрия, выделил из окиси эрбия аналогичные соединения иттербия, тулия
и гольмия. Правла, в те же годы (1878-1879) швейцарец Сорэ исследовал
спектры эрбиевой земли и обнаружил раздвоение некоторых спектральных линий.
Он обозначил новый элемент индексом Х; теперь известно, что найденные им
новые линии принадлежат гольмию. Название элементу N67 дал Клеве: Holmia -
так пишется по латыни старинное название Стокгольма.
ЭРБИЙ.
Окись эрбия Карл Мозандер выделил из иттриевой земли в 1843 году.
Впоследствии эта розовая окись стала источником, из которого "почерпнули"
еще два новых редкоземельных элемента - иттербий и тулий.
Кроме розовой окраски большинства соединений, в том числе окиси
Er2O3, эрбий почти ничем не отличается от прочих лантаноидов иттриевой
подгруппы. Пожалуй, лишь несколько большие прочность и твердость выделяют
этот элемент среди других лантаноидов.
Вместе с лютецием и тулием эрбий принадлежит к числу самых тяжелых
лантаноидов - его плотность больше 9 г/см3.
Основная область применения эрбия сегодня - это изготовление
сортового окрашенного стекла. Кроме того, стекла, в составе которых есть
эрбий, отлично поглощяют инфракрасные лучи.
В числе потенциальных областей применения элемента N68 атомная
энергетика (регулирующие стержни), светотехника(активатор фосфоров),
производство ферритов и магнитных сплавов, лазеры. Здесь уже используют
окись эрбия с примесью тулия.
ТУЛИЙ.
Thule - так во время римской империи называли Скандинавию - север
Европы. Тулием назвали элемент, открытый Т. П. Клеве в 1879 году. Сначала
Клеве нашел новые спектральные линии, он же первым выделил из гадолинита
бледно-зеленую окись элемента N69.
По данным академика А. П. Виноградова, тулий - самый редкий (если не
считать прометия) из всех редкоземельных элементов. Содержание его в земной
коре 8*10-5 %. По тугоплавкости тулий второй среди лантаноидов: температура
его плавления 1550-1600 °С (в разных справочниках приводятся разные
величины; дело, видимо, в неодинаковой чистоте образцов). Лишь лютецию
уступает он и по температуре кипения.
Несмотря на минимальную распространенность, тулий нашел практическое
применение раньше, чеммногие более распространенные лантаноиды. Известно,
например, что микропримеси тулия вводят в полупроводниковые материалы (в
частности, в арсенид галлия) и в материалы для лазеров. Но, как это ни
странно, важнее, чем природный стабильный тулий (изотоп 169 Tm), для нас
оказался радиоактивный тулий-170.
Тулий-170 образуется в атомных реакторах при облучении нейтронами
природного тулия. Этот изотоп с периодом полураспада 129 дней излучает
сравнительно мягкие гамма-лучи с энергией 84 Кэв.
На основе этого изотопа были созданы компактные рентгено-
просвечивающие установки, имеющие массу преимуществ перед обычными
рентгеновскими аппаратами. В отличии от них тулиевые аппараты не нуждаются
в электропитании, они намного компактнее, легче, проще по конструкции.
Миниатюрные тулиевые приборы пригодны для рентгенодиагностики в тех тканях
и органах, которые трудно, а порой невозможно, просвечивать обычными
рентгеновскими аппаратами.
Гамма-лучи тулия просвечивают не только живые ткани, но и металл.
Тулиевые гамма-дефектоскопы очень удобны для просвечивания тонкостенных
деталей и сварных швов. При работе с образцами толщиной не более 6 мм эти
дефектоскопы наиболее чувствительны. С помощью тулия-170 были обнаруженны
совершенно незаметные письмена и символические знаки на бронзовой прокладке
ассирииского шлема 9 века до н. э.
Препараты тулия-170 используют также в приборах, называемых
мутномерами. Этими приборами определяют количество взвешенных частиц в
жидкости по рассеянию в ней гамма-лучей. Такие приборы используют при
строительстве гидротехнических сооружений.
Для тулиевых приборов характерны компактность, надежность,
быстродействие. Единственный их недостаток - сравнительно малый период
ролураспада тулия-170.
ИТТЕРБИЙ.
И снова элемент, о котором почти нечего рассказывать. Если шведскому
местечку Иттербю повезло в том смысле, что его название запечатлелось в
именах четырех химических элементов,то сами эти элементы,исключая
иттрий,можно отнести к разряду наименее интересных. Иттербию, правда,
свойственны некоторые отклонения от редкоземельного стандарта. В частности,
он способен проявлять валентность 2+, это помогает выделить иттербий.
Из всех лантаноидов он больше всего похож на европий: малые атомный
объемы и атомный радиус, пониженные (по сравнению с другими лантаноидами)
плотность и температура плавления - все это свойственно европию и
иттербию. Зато электропроводность у иттербия почти втрое больше, чем у
других лантаноидов, включая европий.
Окись иттербия и его соли белого цвета.
Практическое применение этого элемента ограниченно некоторыми
специальными сплавами, в основном на алюминиевой основе. Кроме того, смесь
окислов иттербия и иттрия добавляют в огнеупоры на основе двуокиси
циркония. Такая добавка стабилизирует свойства огнеупоров.
ЛЮТЕЦИЙ.
Новая редкоземельная окись лютеция выделена Жоржем Урбеном в 1907
году из иттербиевой земли. Название нового элемента Урбен произвел от
старинного латинского названия столицы Франции Парижа (видимо, в
противовес гольмию).
Приоритет Урбена оспаривал Ауэр фон Вельсбах, который открыл элемент
N71 несколькими месяцами позже и назвал его кассиопеем. В 1914 году
Международная комиссия по атомным весам вынесла решение именовать элемент
все-таки лютецием, но еще много лет в литературе, особенно немецкой,
фигурировало название "кассиопей".
Лютеций - последний лантаноид, самый тяжелый (плотность 9,849
г/см3), самый тугоплавкий (температура плавления 1700 ( 50 °С), самый,
пожалуй, труднодоступный и один из самых дорогих. В полном соответствии с
правилом лантаноидного сжатия атом лютеция имеет наименьший среди всех
лантаноидов объем, а ион Lu3+ - минимальный радиус, всего 0,99 (. По
остальным же характеристикам и свойствам лютеций мало отличается от других
лантаноидов.
Природный лютеций состоит всего из двух изотопов - стабильного
лютеция-175 (97,412 %) и бета-активного лютеция-176 (2.588 %) с периодом
полураспада 20 миллиардов лет. Так что за время существования нашей планеты
количество лютеция слегка уменьшилось. Искусственным путем получены еще
несколько радиоизотопов лютеция с периодом полураспада от 22 минут до 500
дней. Последний изотоп лютеция получен в 1968 году в Дубне.
Практического значения элемент N71 пока не имеет. Известно, однако,
что добавка лютеция положительно влияет на свойства хрома.
Страницы: 1, 2, 3
|