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