История открытия лантанидов

Смесь лантанидов впервые была выделена в 1794 г. финским химиком Юханом Гадолином из минерала иттербита, который в последствие получил название гадолинита. В 1797 г. открытие Гадолина было подтверждено Андерсом-Густавом Экебергом (Швеция), который выделенные земли назвал иттриевыми землями. В 1803 г. Мартин-Генрих Клапрот (Германия), Вильхельм Хисингер (Швеция) и Йёнс-Якоб Берцелиус (Швеция), анализируя минерал, названный церитом, выделили из него новые земли, названные цериевыми (от образующего элемента – церия, получившего название в честь астероида Цереры, обнаруженного в 1801 г.).

В 1814 г. Берцелиус и Юхан-Готтлиб Ганн (Швеция) из иттриевых земель выделили цериевые земли при помощи двойного сульфата калия. Оказалось, что иттриевые земли являются смесью цериевых и иттриевых земель. В 1837 г. в результате исследования цериевых земель, полученных из церита, гадолинита и ортита, Карлу-Густаву Мосандеру (Швеция) удалось выделить лантан, а в 1842 г. – лантан, дидим и иттрий, который встречается в минералах совместно с лантанидами.

В 1843 г. Мосандер разделил иттриевые земли с помощью дробного осаждения оксалатов (щавелевой кислотой) и гидроксидов из кислого раствора (аммиаком) на оксиды иттрия, эрбия и тербия. Методы разделения, применявшиеся Мосандером и его учителем Берцелиусом, легли в основу всех позднейших исследований, посвященных лантанидам. Последующий период, до 1878 г., был периодом детального изучения свойств и способов получения отдельных соединений, определения атомных весов и т. д.

В 1870 г. Д.И.Менделеев на основе периодического закона предсказал существование нескольких элементов, в том числе аналога бора («экабора»), свойства их простых и сложных соединений и приписал известным в то время оксидам лантанидов формулу Ln₂O₃, а высшему оксиду церия – CeO₂, что позднее подтвердилось. Менделееву принадлежит огромная заслуга в правильном выборе валентности этих элементов.

В 1878 г. Жан-Шарль Мариньяк (Швейцария) выделил новую землю, названную иттербием. Фракции земель, полученные Мариньяком, были спектроскопически изучены Соре (Франция), который обнаружил по разделению в спектре неизвестный элемент.

В 1879 г. Поль-Эмиль Франсуа Лекок-де-Буабодран (Франция) выделил из минерала самарскита (найденного на Урале горным инженером В.Е.Самарским-Быховцем) элемент самарий. Элемент, ранее обнаруженный Соре, Пер-Теодор Клеве (Швеция) назвал гольмием (от латинского названия Стокгольма – «Гольмия»). Клеве выделил гольмий вместе с тулием (от древнего имени Скандинавии – «Туле») путем дробной кристаллизации из прежнего эрбия. В том же году Ларс-Фредрик Нильсон (Швеция) открыл скандий в процессе разделения эрбиевых земель, полученных из скандинавского гадолинита.

В 1885 г. Карл Ауэр фон Вельсбах (Австрия) разложил дидим методом дробной кристаллизации двойных нитратов на два новых элемента, которые он назвал неодим и празеодим (от греческих «неос» – новый, «прасинос» – светло-зеленый и «дидимос» – близнец).

В 1886 г. Мариньяк из минерала самарскита выделил элемент, позднее названный гадолинием (в честь Ю.Гадолина). В том же 1886 г. Лекок-де-Буабодран выделил из прежнего гольмия диспрозий (по-гречески «диспрозитос» – труднодоступный).

В 1892 г. Лекок-де-Буабодран, а в 1896 г. Эжен-Анатоль Демарсе (Франция) спектрально установили сложность прежнего самария, из которого Демарсе выделил европий (от Европы).

В 1905 г. французский ученый Жорж Юрбен, а несколько позднее независимо от него Ауэр фон Вельсбах выделили из прежнего иттербия соединение еще одного нового элемента, который Юрбен назвал лютецием, а Вельсбах – кассиопеем. Согласно постановлению международной комиссии по атомным массам для элемента №71 в 1949 г. было принято название лютеций (Лютеция – старинное название Парижа) и символ Lu.

Всего к 1907 г. кроме Sc, Y и La было открыто 13 редкоземельных элементов.

Окончательно вопрос о числе РЗЭ был решен в 1922 г., когда на основе закона Мозли был определен естественный ряд элементов и установлено, что между La и Hf могут находиться только 14 элементов (лантанидов).

Оставался открытым вопрос о существовании в ряду РЗЭ еще одного, пока не обнаруженного элемента № 61, который в природе практически отсутствует. Впервые он был получен в 1947 г. Джейкобом Марински и Лоренсом Гленденином (США) из продуктов деления урана и в 1950 г. он был назван прометием (в честь Прометея – по греческой мифологии – титана, похитившего у бога Зевса огонь для людей и за это наказанного Зевсом). В настоящее время известно несколько изотопов прометия.

Таким образом, непосредственно к лантану примыкают 14 родственных друг другу элементов (от 58 до 71), объединяемых под названием «семейства лантанидов». Представителями которого являются:

Церий Ce 2           140, 12	Празеодим Pr 2           140, 9077	Неодим Nd 2           144, 24	Прометий Pm 2           144, 9128	Самарий Sm 2           150, 36
Европий Eu 2           151, 96	Гадолиний Gd 2           157, 25	Тербий Tb 2           158, 9254	Диспрозий Dy 2           162, 5	Гольмий Ho 2           164, 9304
Ербий Er 2           167, 26	Тулий Tm 2           168, 9342	Иттербий Yb 2           173, 04	Лютеций Lu 2           174, 967

 

Два внешних энергетических уровня в атомах почти всех лантанидов построены однотипно, а основное изменение претерпевает предшествующий им уровень, число электронов которого при переходе от La к Lu возрастает с 18 до 32. Так как химические свойства элементов связа­ны главным образом со структурой внешних энергетических уровней, то изме­нение числа электронов в третьем слое отражается на них довольно слабо. В связи с этим все лантаниды по свойствам похожи друг на друга и являются представителями «гомологического ряда» лантана. Однако сущесвует и различие в химических свойствах лантанидов, причины которых будут рассмотрены позднее.