Как были открыты химические элементы

Он дал этому новому элементу имя «самарий» (по названию самарскита). Но и П. Лекок де Буабодран еще не знал, что «самарий» и сам есть смесь элементов. Правда, его открытие сразу же подтвердил Ш. Мариньяк. Проведя длительную перекристаллизацию «самария», он выделил две фракции, которые осторожно обозначил значками Y_? и Y_? (не путать с символом иттрия — Y!). Вторая фракция давала тот же спектр, что и «самарий» П. Лекока де Буабодрана. А первая? Пока повременим с ответом на этот вопрос.

Итак, «дидим» и «самарий» вместо прежнего единого и неделимого «дидима». Но не пришла ли пора раскавычить «дидим»? Может, освободившись от «самария», он стал, наконец, химической индивидуальностью?

Здесь в нашем рассказе появляется новое действующее лицо — чешский химик Б. Браунер, большой друг Д. И. Менделеева и горячий приверженец его идей о периодичности. Начиная с 1875 г. Браунер упорно изучал «дидим» в основном с единственной целью: доказать, что этот элемент может быть окислен до пятивалентного состояния. Положительное решение вопроса позволило бы поместить Di в пятую группу периодической системы, ибо ни в третьей, ни в четвертой для него не находилось места. И тем самым несколько прояснилась бы сложная проблема размещения РЗЭ в менделеевской таблице.

Пятивалентного «дидима» Б. Браунер, естественно, так и не получил. Теперь известно, что лантаноиды не способны проявлять такой степени окисления. Зато, пытаясь более точно определить атомную массу «дидима», Б. Браунер решил выделить элемент в возможно более чистом виде. И при этом он обнаружил, что «дидим», очищенный от «самария», сам может быть разделен на три фракции, несколько различающиеся по молекулярным массам. К такому выводу ученый пришел в 1883 г., но дальнейшие исследования по разным причинам он вынужден был прекратить.

А ведь он был близок к тому, чтобы окончательно перечеркнуть старый «дидим».

Честь же поставить точку в изучении «дидима» выпала на долю австрийского химика К. Ауэра фон Вельсбаха. Он оказал исследованию химии РЗЭ большую услугу. О каком-либо практическом применении редких земель до тех пор не было известно. К. Ауэр фон Вельсбах привлек к ним внимание промышленности. В те времена весь мир преимущественно пользовался газовым освещением. К. Ауэр фон Вельсбах в 1884 г. изобрел новый газокалильный колпачок, сетка которого пропитывалась специальным составом, содержащим соли РЗЭ. Это резко увеличивало яркость освещения и значительно продлевало сроки использования колпачков. Они получили название «ауэровских». Промышленность предъявила запросы на сотни килограммов редкоземельных минералов. Это стимулировало поиски их новых месторождений, и в 1886 г. в Бразилии были обнаружены богатейшие залежи так называемого монацитового песка, содержащего много РЗЭ. А тем самым химики окончательно перестали испытывать дефицит в редкоземельных образцах.

8 июня 1885 г. К. Ауэр фон Вельсбах на заседании Венской Академии наук рассказал о том, что ему удалось расщепить «дидим» на два компонента, два составляющих его элемента. Одному он дал имя празеодим (по-гречески «светло-зеленый близнец» из-за светлозеленого цвета его солей), второму — неодим (новый близнец). От старого «дидима» не осталось даже названия! Вот как теперь выглядело цериевое редкоземельное деревце:

ГАДОЛИНИЙ И ДИСПРОЗИЙ

Этими двумя элементами завершается история открытия РЗЭ в XIX в., и в первом случае решающая роль принадлежит Ш. Мариньяку.

На с. 110 мы упомянули, что этому ученому удалось разделить «самарий» на две фракции: Y_? и Y_?. С Y_? вопрос решился сразу же; зато Y_? доставила немало хлопот. Ш. Мариньяк не отважился сразу признать, что она соответствует новому элементу. Такой вывод сделал в 1886 г. П. Лекок де Буабодран. Возник вопрос о названии, и П. Лекок де Буабодран обратился к Ш. Мариньяку с просьбой согласиться дать новому элементу имя гадолиний (в честь основателя истории РЗЭ — Ю. Гадолина). Согласие было получено. Но удивительно, чем было вызвано такое великодушие Ш. Мариньяка, который никогда не выдвигал себя в число хотя бы соавторов открытия, не говоря уже о приоритетных претензиях. Нам кажется несомненным, что честь открытия гадолиния должна быть приписана обоим ученым.

Зато единоличная заслуга П. Лекока де Буабодрана в открытии диспрозия (1886) несомненна. Приготовив достаточно чистый «гольмий», ученый тщательно исследовал его спектр и обнаружил в нем новые линии, которые довольно определенно свидетельствовали о наличии в «гольмии» примеси неизвестного элемента. Проведя большую серию перекристаллизаций, П. Лекок де Буабодран отделил эту примесь. Тем самым и гольмий обрел окончательную дату открытия.

Название диспрозий происходит от греческого слова, означающего «труднодоступный». Оно оказалось символичным, поскольку понятие «труднодоступность» как нельзя лучше применимо к истории обнаружения РЗЭ.

СМУТНОЕ ВРЕМЯ В ИСТОРИИ РЗЭ

Если обратиться к современному списку редкоземельных элементов, то оказывается, что они после 1886 г. почти все были известны. Отсутствовал лишь прометий (это совершенно особый случай), да предстояло появиться на свет европию и лютецию, что случилось уже в двадцатом столетии. Основной массив РЗЭ был обнаружен, оставались частности. Но кто догадывался об этом во второй половине 80-х годов прошлого века? Кто мог с уверенностью сказать, что природная кладовая РЗЭ почти уже исчерпана?

Скорее (и охотнее) мысль ученых развивалась в противоположном направлении — в ожидании блистательных открытий новых порций редких земель, подобно открытиям «самария» и гадолиния, празеодима и неодима, гольмия и тулия. И не так-то просто было поставить какое-то строгое ограничение желаемому. В периодической системе РЗЭ должны были занимать обширное пространство между барием и танталом. Разница в величинах их атомных масс составляла 45 единиц. В этот промежуток могло быть втиснуто большое число элементов — как известных РЗЭ, так и еще неизвестных. Сколько именно, никто не мог ответить. Двадцать, тридцать или сорок, наконец, — все эти оценки находились в пределах разумного. И вот такая зыбкая почва оказалась благодатной для поистине массовых открытий новых РЗЭ.

Многие видные, знающие цену действительным успехам химики с энтузиазмом принимались за очередные расщепления известных РЗЭ и получали удивительные результаты, которые спустя короткое время сами же признавали ошибочными. Открыватель скандия Л. Нильсон и его ассистент Г. Крюсс в 1887 г. черным по белому написали, что гольмий может быть разделен на четыре составляющие, а диспрозий — на три. Словом, одним махом на свет появились семь новорожденных РЗЭ. Б. Браунер, тщательно взвешивавший каждое слово, прежде чем предать его гласности, обнаруживает в церии примесь, которую называет метацерий. И так далее.

Уж очень уверовали ученые в спектрометрический метод: обнаружена новая линия в спектре — значит, открыт новый элемент. Спектральный анализ того времени был еще сравнительно молод, и однозначно установить, когда новая линия действительно говорит о новом элементе, а когда она принадлежит примеси элемента давно известного, удавалось не всегда. Вот один, пожалуй, основной источник ложных открытий РЗЭ. Другой состоял в однообразности операций их разделения. Двумя методами довольствовались химики: дробной кристаллизацией и дробным осаждением. В первом случае использовалась определенная разница в растворимости солей РЗЭ, во втором — их различие в основности. Как установить, получена, наконец, чистая редкая земля или же она сохранила примеси? Время от времени нужно было определять молекулярную массу выделяемого оксида РЗЭ. Если она сохраняет более или менее постоянное значение, следовательно, цель достигнута. Но уж очень капризным был этот метод контроля.