Близнецы из одной клетки

Всего их пятнадцать — лантан, церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций. Не правда ли, весьма удивительные названия? Но еще удивительнее их свойства. Начать с того, что для этих элементов не нашлось места в периодической системе Менделеева и их поместили всех «оптом» в клетку лантана. Поэтому их называют лантаноидами. Но это название пришло позднее. А средневековые алхимики именовали их редкими землями. И при этом допускали большую ошибку. Ведь «землями» алхимики называли прочные и трудновосстановимые окислы. А все лантаноиды отнюдь не окислы, а элементы. И вовсе они не редкие: в земной коре их гораздо больше, чем, например, свинца или олова.

Простим алхимикам их ошибку. Они все-таки открыли лантаноиды, дали им название, хотя так и не поняли, что это — металлы. И не сумели найти для них никакого практического применения. Даже Менделеев долго не мог понять «характера» этих веществ. Он пробовал помещать каждый из них в отдельную клетку, как все остальные элементы. Но тогда нарушалась вся система. В конце концов Менделеев «подселил» их всех к лантану, где они и остались.

Менделеев сделал то, что не удавалось до сих пор никому — нашел лантаноидам место среди других веществ.

Новая история лантаноидов началась в 1787 году, когда лейтенант шведской армии Карл Аррениус, увлекающийся минералогией, обнаружил в заброшенном карьере неизвестный черный минерал. Минералог-любитель попытался выяснить его химический состав, но для этого у него не хватило знаний. Тогда он передал минерал специалистам. Лишь семь лет спустя специалисты установили, что в нем содержится «редкая земля». С этого момента потянулась цепочка сотен (!) открытий. Какие только новые элементы не «извлекали» из черного минерала! Одни из них выдерживали проверку временем, другим так и не удалось получить права гражданства. Случалось, что «открывали» новый элемент, а он вскоре распадался на ряд других, более простых веществ. Так, вновь открытое вещество, которое назвали дидим, вскоре распалось на два элемента — неодим и празеодим. У ученых создавалось впечатление, что перед ними металлы-перевертыши: различия между ними были столь незначительны, что трудно было быть уверенным, какой именно металл перед тобой. Но чем большие вставали трудности, тем больший азарт охватывал ученых: найти, распознать, понять, в чем тут дело.

Только в нашем столетии разгадана загадка лантаноидов. Оказалось, что они, в отличие от всех других элементов, заполняют электронами не внешнюю, а третью от ядра оболочку. Внешние же электронные оболочки остаются неизменными. А ведь химические свойства элемента определяются, в основном, строением наружного электронного слоя.

Эта уникальная особенность лантаноидов и является причиной того, что они так близки друг к другу по своим свойствам. Они и в природе всегда встречаются вместе, будто не могут разлучиться, и разделить их очень трудно. Недаром, когда в конце прошлого века впервые получили в достаточно чистом виде лантан, церий и неодим, то их демонстрировали на Всемирной выставке 1900 года в Париже как крупную победу науки. В наше время все лантаноиды получены уже в химически чистом виде. Удалось даже восстановить исчезнувший миллионы лет назад в результате атомного распада прометий. Его «создали» в атомном реакторе.

Долгое время лантаноиды представляли лишь чисто научный интерес. Никто не знал, какую «работу» им можно поручить. Затем одному из них нашли применение: двуокись церия вводили в так называемый полирит — материал для полировки стекла. Церий употреблялся также в составе кремешков для зажигалок.