Как были открыты химические элементы

Впоследствии на химическую индивидуальность церия и лантана покушались многие исследователи. Они хотели доказать сложность этих элементов. Однако К. Мосандер действительно получил оксиды этих элементов в относительно чистом состоянии. Другое дело дидим. В современной периодической системе вы не увидите этого символа. За ним скрывается целая история, о которой речь пойдет дальше. Здесь же заметим, что дата «1839 год» представляется более правомерной в плане действительного начала биографии церия. То же самое замечание можно сделать и в отношении иттрия. За него К. Мосандер взялся в 1843 г., вдохновленный успехами своих работ по расщеплению церия. И старый иттрий Гадолина открыл истинное лицо. Собственно, здесь было три лица: сам иттрий и два чрезвычайно на него похожих элемента: тербий и эрбий. Можно нарисовать такую схему:

Иттрий после отстоял свою индивидуальность. Имел ли К. Мосандер в своем распоряжении чистый тербий, остается загадкой до сих пор. Зато эрбий повторил судьбу дидима. Внесите еще одну поправку в официальные даты открытия элементов. Настоящий иттрий фактически выделил К. Мосандер в 1843 г. Поэтому именно Мосандера мы считаем подлинным начинателем истории РЗЭ.

После К. Мосандера список известных РЗЭ оставался неизменным на протяжении почти 40 лет. Изучая эти элементы, ученые наделали много ошибок (неправильно установили формулы оксидов, неверно определили атомные массы). В том, что «что-то здесь не так», был твердо убежден Д. И. Менделеев, который предложил изменить величины атомных масс, открытых к 1869 г. РЗЭ. Из литературы по периодическому закону известно, что он был совершенно прав. Но на дальнейшую историю РЗЭ правота Д. И. Менделеева не оказала фактически никакого влияния. Свойства этих элементов были настолько близки, что не удавалось установить надежный контроль за процессом их разделения. Тут-то и выявился парадокс: смесь элементов принималась за один элемент, и, наоборот, вновь открытый элемент оказывался смесью.

Даже спектральный анализ, так хорошо зарекомендовавший себя в открытии новых элементов, в истории редких земель наделал, пожалуй, больше ошибок, чем привел к достоверным результатам.

«ИТТЕРБИЙ», СКАНДИЙ, «ГОЛЬМИЙ», ТУЛИЙ

Почти четыре десятилетия после работ К. Мосандера редкоземельные деревца не давали новых побегов. Причин тому было несколько. Ученые никак не могли освоиться с капризной химией РЗЭ. Разделение этих элементов было основано на том, что их соли, хотя и в малой степени, различались по растворимости. Поэтому, чтобы более или менее надежно отделить одну редкую землю от другой, приходилось проводить многие сотни однотипных операций перекристаллизации.

Слишком мало было известно редкоземельных минералов. Гадолинит и церит являлись редкими, а остальные (общим числом около 10) вообще представляли музейный интерес.

Но так или иначе пора новых открытий наступила. И первым дало побеги иттриевое деревце. Мосандеровский эрбий давно внушал ученым сомнения, но уверенно доказать его сложность не удавалось. Лишь в 1878 г. швейцарский ученый Ш. Мариньяк отделил от эрбия новый элемент — «иттербий», в этом имени снова прозвучало название деревушки Иттербю.

И здесь, и в заголовке данного раздела мы взяли «иттербий» в кавычки. Это означает, что в действительности он не был химически индивидуальным элементом, а представлял, как выяснилось впоследствии, смесь некоторых РЗЭ. Поэтому всякий раз, когда вновь обнаруженный элемент на деле оказывался смесью, мы будем брать его название в кавычки. Значит, 1878 г. нельзя считать окончательной датой открытия «иттербия».

Что «иттербий» — смесь, установил уже в следующем году шведский химик Л. Нильсон; он открыл скандий, дав ему имя в честь Скандинавии.

Итак, эрбий минус «иттербий», минус скандий… Может, теперь эрбий следовало, наконец, считать очищенным от примесей? В 1879 г. соотечественник Л. Нильсона П. Клеве установил, что эрбий без «иттербия» и скандия все еще является смесью, и расщепил его на три составляющие: собственно эрбий, а также «гольмий» и тулий. «Гольмий» был наименован в честь старинного названия Стокгольма — Гольмиа. В имени тулия отразился миф о легендарной стране Туле, располагавшейся, по преданию, на краю света. И выделить тулий было так же трудно, как достичь далекой и загадочной Туле.

В 1879 г. была окончательно доказана химическая индивидуальность очищенного от примесей эрбия, и не 1843 г., а 1879 г. будем считать действительной датой его открытия. Чистым оказался и тулий. А «гольмию» еще приходилось ждать решения своей участи. Редкоземельное иттриевое деревце всего за два года пышно разрослось:

В истории открытия элементов существуют определенные пики. В истории РЗЭ таким пиком оказалось славное двухлетие — 1878–1879 гг. И еще одно событие произошло в это время: в Северной Америке были открыты месторождения нового редкоземельного минерала — самарскита. Любопытно, что это название имеет чисто русское происхождение. Еще в середине 60-х годов прошлого века на Урале был обнаружен минерал сложного состава, содержащий редкие земли. Его нарекли в честь горного инженера В. Е. Самарского. Американский же минерал оказался идентичным уральскому.

Значение данного события трудно переоценить. Самарскит появился во многих химических лабораториях. Он устранил былую острую нужду в редкоземельных препаратах. Когда в руках ученых оказывается больше исследовательского материала, они вправе рассчитывать на постановку более тщательных исследований. А достигнутые результаты проще проверять и воспроизводить. Самарскит оказался подлинной фабрикой новых РЗЭ.

И наконец, к концу 70-х годов ученые достаточно хорошо освоили спектроскопический метод. Он все более властно начал вмешиваться в процесс открытия РЗЭ. Но и здесь немалыми оказались «издержки производства»: ведь спектры отдельных РЗЭ также похожи друг на друга, как и химические свойства этих элементов.

КОНЕЦ «ДИДИМА», «САМАРИЙ», НЕОДИМ И ПРАЗЕОДИМ

«Дидим» — это, пожалуй, одно из самых удивительных явлений в истории открытия РЗЭ. Ведь именно установление его бесподобного химического сходства с лантаном окончательно убедило ученых, что химия РЗЭ представляет собой совершенно особую область во всей неорганической химии. К «дидиму» долгое время питали большое доверие. Листая журналы по химии за 40–70-е годы прошлого столетия, нельзя найти сколь-либо достойных внимания высказываний, что «дидим» является сложным.

Д. И. Менделеев внес символ Di в периодическую систему и описывал «дидим» как полноправный химический элемент. А ведь к РЗЭ великий русский ученый относился с настороженностью; так, например, существования тербия он совсем не признавал.

Конец «дидиму» принесло исследование самарскита. Сначала, в конце 1878 г., французский спектроскопист Э. Деляфонтен стал изучать образцы выделенного из этого минерала дидима и обнаружил в его спектре две новые линии. Так как в то время утверждение: «Новая линия в спектре — новый элемент» — считалось довольно очевидным, то Э. Деляфонтен реализовал его на практике.

По его мнению, ответственным за появление новых линий был еще не открытый элемент, содержащийся в «дидиме». В названии новичка — «деципий» (от латинского «обманывать», «одурманивать») неожиданным образом проявилась ирония судьбы. «Деципий» обманул Э. Деляфонтена, поскольку оказался сложной смесью нескольких РЗЭ, как известных, так и еще неизвестных.

Смертный приговор «деципию» подписал в 1879 г. французский ученый П. Лекок де Буабодран. Он сыграл видную роль в открытии новых РЗЭ. О том, как он выделил предсказанный Д. И. Менделеевым галлий, мы расскажем в следующей главе. П. Лекок де Буабодран также добыл «дидим» из самарскита и подверг полученный образец тщательному спектроскопическому исследованию. Открыватель галлия — П. Лекок де Буабодран был гораздо искуснее Э. Деляфонтена как экспериментатор. И ему действительно удалось доказать, что в «дидиме» содержится примесь, и выделить эту примесь в материальном виде.