Заполняя таблицу
Как открывали и где использовали самые необычные элементы
Первые редкоземельные металлы (РЗМ) были обнаружены в XVIII веке рядом с маленькой шведской деревушкой Иттербю (Ytterby), расположившейся в 20 км от Стокгольма. Вблизи нее добывали полевой шпат и кварц, которые потом поступали на Стокгольмскую фарфоровую фабрику. В 1787 году лейтенант шведской армии, минералог-любитель Карл Аррениус нашел в заброшенном карьере неизвестный прежде черный блестящий минерал и назвал его по месту находки — «иттербий». Это событие положило начало эре открытий РЗМ и их последующего практического применения.
В 1794 году профессор финского университета из города Або (ныне — Турку) Юхан Гадолин (1760–1852) сделал полный анализ этого минерала и обнаружил в нем среди соединений магния, железа и кремния неизвестную примесь — «иттриевую землю». Землями химики тогда именовали тугоплавкие плотные оксиды металлов. Отсюда и появились такие понятия, как редкоземельные и щелочноземельные металлы.
Найдутся все
Иттриевая земля помогла раскрыть другие РЗМ. В XIX веке были найдены гадолиний, церий, лантан, тербий, тулий, гольмий и другие. Некоторые из них, такие как гадолиний и иттербий, сначала выявили в составе других соединений, а спустя несколько десятилетий получили и в чистом виде.
Особый вклад в исследование РЗМ внес знаменитый русский химик Дмитрий Менделеев, разработавший периодическую систему химических элементов. Заслуга великого ученого заключается в том, что созданная им структура позволяла прогнозировать состав и свойства еще неоткрытых веществ. Например, существование одного из них Менделеев предсказал в 1870 году, дав ему название экабор. Спустя девять лет его выделил шведский химик Ларс Фредерик Нильсон и записал как скандий — в честь Скандинавии.
Появление европия сначала было определено теоретически, в результате длительных спектрометрических исследований (1886–1901), проводившихся разными учеными. Официально факт открытия европия закреплен за французским химиком Эженом Демарсе. Чистый европий впервые получен лишь в 1937 году.
Итак, в начале XX века почти все члены редкоземельной семьи были обнаружены и описаны. Оставалась пустой только клетка периодической таблицы под № 61. В 1945 году американские физики-ядерщики, работавшие над проектом по созданию атомной бомбы, выделили последний и единственный радиоактивный РЗМ — прометий. В чистом виде он распадался за несколько минут, поэтому неудивительно, что его заметили физики, а не химики.
Со временем выяснилось, что некоторые редкоземельные металлы на самом деле не так уж и редки. Например, церий так же распространен в природе, как медь, с которой он делит в этой классификации 25-е место. За ним следуют лантан и неодим. Все три элемента, к слову, встречаются чаще свинца.
На благо общества
Практическое применение РЗМ началось с 1885 года, когда Карл Ауэр фон Вельсбах открыл яркое свечение оксидов церия и других элементов при высоких температурах. Так появилось производство газокалильных сеток для газовых и керосиновых фонарей. Затем фон Вельсбах сплавил церий с железом и получил искусственный кремний для зажигалок. Тогда же церий стали использовать для защиты стекла от ультрафиолетовых лучей. В 1900 году фон Вельсбах основал химическую лабораторию на металлургическом заводе в городе Трайбах (Австрия), на базе которого возникла компания Treibacher Industrie AG.
Промышленное освоение редкоземельных элементов началось с развитием телевидения. В 1953 году новая технология аналогового цветного телевещания была принята Национальным комитетом по телевизионным стандартам США в качестве единого образца. С этого момента началось серийное производство цветных телевизоров, и европий был задействован как активный компонент красных и синих люминофоров в цветных экранах. Эра европия продлилась до 1970 годов, когда на смену ферритовым пришли самарий-кобальтовые постоянные магниты, разработанные в лаборатории Air Force Material Research (США).
С развитием электроники и технологий появилась потребность в новых материалах, способных повысить производительность и стабильность работы устройств. Оказалось, что РЗМ обладают уникальными химическими свойствами и небольшое добавление этих металлов в состав давно известных сплавов приводит к изменению и улучшению их характеристик. Без индия не было бы сенсорных экранов, а без неодима и гадолиния — микрофонов. Развитие микроэлектроники, аэрокосмической отрасли, медицины и чистой энергетики (ветрогенераторы, гибридные и электромобили) сделало неодим, празеодим, тербий и диспрозий, а также их оксиды особенно востребованными в наши дни.
Двигатель инноваций
Последний РЗМ открыт почти 80 лет назад, и с тех пор большинству элементов было найдено применение. Эти металлы являются драйвером различных высокотехнологичных производств, а доступ к ним влияет на конкурентоспособность национальных экономик на глобальном уровне.
