От водорода до …?
Шрифт:
Легчайший из лантанидов
Даже в словарях последнего выпуска об элементе «европий» сказано более чем кратко: «см. редкоземельные элементы». Европий к моменту издания энциклопедического словаря (1955 г.) еще не «заслуживал права» даже на несколько строк. В справочниках пишут кратко: открыт химиком Дэмерсэ в 1901 г., температура плавления 1150 °C, трудно отделяется от лантанидов.
Большинство химиков никогда не видели соединений европия. Его в земной коре в 70 раз больше, чем серебра, и в 1000 раз больше золота. Добавим для характеристики европия следующее: обычная валентность — три, но в некоторых соединениях бывает
Только этим можно объяснить, что в 1952 г. 1 кг окиси европия чистотой 98–99 % стоил в США 300 тысяч долларов, причем окись европия продавалась партиями по … 5 г.
Европий — самый легкий из лантанидов. Его плотность составляет 5,166 г/см3, т. е. почти в полтора раза меньше железа. В последние годы радиоактивный изотоп — европий-155 (период полураспада 1 год 250 суток) благодаря наличию гамма-излучений используется в целях медицинской диагностики и дефектоскопии. Легкие и портативные рентгенопросвечивающие аппараты, созданные на основе радиоактивного изотопа европия, оказались очень удобными для проверки качества тонкостенных металлических деталей. Просвечивание гамма-лучами европия стальных изделий при толщине стенок до 15–20 мм, а также изделий из титановых сплавов до 30–40 мм и алюминиевых — до 50–60 мм показывает, что европиевая гамма-дефектоскопия обладает в 2–4 раза более высокой чувствительностью в сравнении с широко используемыми радиоизотопами цезия и кобальта.
Европий — один из пяти элементов, которые отличаются от всех остальных своих «родственников» большой распыленностью. Даже в монацитовом песке его содержится не более 0,002 %.
Исключая лантан, церий, неодим и лютеций, европий, несмотря на распыленность и редкость нахождения в природе, изучен лучше всех остальных лантанидов. Этому способствовал главный химик Чикагской фирмы «Линдсей Лайт энд Кемикл К°» Мак-Кой. Сумев в результате упорного труда получить несколько сот граммов солей европия, он, не скупясь, предоставлял их для исследования или давал взаймы другим ученым, что освобождало исследователей от весьма трудоемких методов выделения и очистки европия и давало возможность непосредственно изучать его свойства.
В честь финского химика
Гадолинит — это минерал, содержащий целый ряд элементов. Главные из них нам уже знакомы. Это — бериллий, железо, кремний, кислород и небольшое количество редкоземельных элементов (церий, иттрий и др.). Черный или зеленовато-черный гадолинит, внешне похожий на асфальт или уголь, вначале назывался иттербитом, по месту своего нахождения в заброшенном карьере вблизи шведского городка Иттерби. Гадолинит — минерал сравнительно редкий, крупнейшие месторождения его находятся в Норвегии и Швеции. Название получил от имени финского профессора химии Ю. Гадолина, впервые исследовавшего этот минерал.
Впервые гадолинит (иттербит) был обнаружен в 1787 г. лейтенантом шведской армии Карлом Аррениусом, коллекционером минералов, любителем химии и минералогии.
Гадолинит оказался минералом, положившим начало длинному ряду исследований, неоднократно приносивших радость успехов и горечь неудач, замечательных достижений и роковых ошибок, истинных открытий и невольных заблуждений. И, безусловно, справедливо писал известный финский минеролог Флинт по адресу гадолинита, что этот минерал сыграл в истории неорганической химии значительно большую роль, чем какой-либо другой.
В 1880 г. в этом минерале швейцарским химиком Ж. Ш. Мариньяком был обнаружен элемент из семейства лантанидов. В 1886 г.
Несколько лет назад о гадолинии можно было сказать только «не находит применения», и это соответствовало бы истине. Но после первых исследований его свойств обнаружились такие возможности применения, которые открывают необъятные просторы для использования его в технике. Прежде всего перспективное применение гадолиния в виде сплавов для изготовления регулирующих стержней в ядерных реакторах. Величина поперечного захвата у гадолиния очень велика — в 18 раз превышает таковую для кадмия (2500 барн), широко применяемого для регулирования работы атомных реакторов.
До сих пор атомные реакторы, эти мощнейшие источники нейтронного излучения, изолируются многометровыми бетонными стенами, которые можно легко воздвигнуть на земле. Но представить самолет с двигателем весом в одну тысячу тонн пока невозможно. Совсем иной будет картина при наличии больших количеств гадолиния: лист толщиной в несколько сантиметров станет достаточной защитой, и проект автомобиля с атомным двигателем перейдет из рук автора фантастических романов в руки конструктора, механика, токаря, химика, физика.
Однако получение гадолиния в чистом виде трудоемко и стоимость его высока (1 кг окиси гадолиния стоит в США 6000 долларов, такое же количество золота — 1100).
Есть еще одна область техники, тесно связанная с нашим бытом, в которой гадолиний «обещает» совершить настоящую революцию — это получение холода. Теоретическую основу будущих холодильных аппаратов составляют магнитные свойства гадолиния. Соединения гадолиния (сернокислый или хлористый гадолиний), являясь сильно парамагнитными веществами, применяются в научных исследованиях для получения сверхнизких температур. Это достигается довольно оригинальным способом. Соль гадолиния, находящаяся в хорошо изолированном пространстве, заполненном инертным газом, помещается в магнитное поле, в результате соль нагревается, а от нее нагревается газ. Затем газ откачивается, магнитное поле удаляется и соль, таким образом, охлаждается до температуры ниже начальной. Многократное повторение этого цикла ведет к снижению температуры, которая может достигнуть величин, весьма близких к абсолютному нулю.
Младший «брат»
В 1787 г. возле шведского городка Иттерби был найден минерал, содержащий редкоземельные элементы. При исследовании этого минерала была выделена окись, которую некоторое время принимали за индивидуальное однородное вещество, за окись одного элемента. Затем выяснилось, что эта «редкая земля» содержит несколько элементов из семейства лантанидов. Первым из них был выделен элемент (как оказалось затем) с нечетным номером 65, два других имели четные номера и были выделены в порядке их следования сначала с номером 68, а затем — 70. Большое значение в их открытии сыграл спектральный анализ. Все они, как «родные братья», получили названия от городка, вблизи которого находилась их родина. Однако, чтобы не было путаницы, их названия сделали несколько отличными одно от другого. Иттербий — имя старшего «брата» (70), имя тербий получил младший «брат» (65), имя среднего (68) — эрбий.
Тербий, открытый Мозандером, — второй в числе семейства лантанидов — отличается от остальных своих близких и дальних «родственников» малой распространенностью в природе.
До настоящего времени тербий применения, даже самого ограниченного, не находит.
Радиоактивный изотоп тербия — тербий-160 используется в качестве радиоактивного индикатора в аналитической химии при изучении процессов одновременного осаждения трудно разделимых смесей лантанидов и других элементов.