История открытия редких химических элементов

| Категория реферата: Рефераты по химии
| Теги реферата: 5 баллов рефераты, шпоры по экономике
| Добавил(а) на сайт: Emel'janov.

В 1794 г. профессор химии и минералогии в университете Або (Финляндия)
Гадолин, исследуя минерал, найденный близ местечка Иттерби в трех милях от
Стокгольма, открыл в нем неизвестную землю (окисел). Несколько лет спустя
Экеберг повторно исследовал эту землю и, установив наличие в ней бериллия, назвал его иттриевой (Yttria). Мазандер показал, что иттриевая земля состоит из двух земель, которые он назвал тербиевой (Terbia) и эрбиевой
(Erbia). Далее Мариньяк в тербиевой земле, выделенной из минерала самарскита, обнаружил еще одну землю - самариевую (Samaria). В 1879 г. эту же землю выделил из дидимия и новой земли, обозначенной им индексом "аlfa",
Лекок де Буабодран и с согласия Мариньяка назвал последнюю гадолиниевой землей в честь Гадолина - первого исследователя минерала иттербита.
Элемент, содержащийся в гадолиниевой земле (Gadolinia), получил название гадолиний (Gadolinium); в чистом виде он получен в 1896 г.

Тербий, Terbium, Тb (65)

История открытия этого элемента довольно запутана. Она начинается с черного минерала, найденного в 1788 г. близ деревни Иттерби в Швеции и получившего название гадолинита. В 1797 г. Экеберг, вновь, после Гадолина исследовавший гадолинит, выделил из него редкие земли, принятые им за одну, получившую название иттрия. 45 лет спустя, в 1843 г., Мозандер разложил иттриевую землю на три особые земли - иттрию, тербию и эрбию; все эти слова произведены от названия деревни Иттерби путем деления его на слоги (итт, ерб, терб), что символизировало разделение минерала на три части. Тербиевая земля, т.е. окись тербия, представляла собой самое слабое основание среди трех земель; ее соли оказались окрашенными в розовый цвет. В 1860 г. шведский химик Берлин, Работавший с иттриевой землей Экеберга, спутал тербию и эрбию: розовые соли он приписал эрбиевой земле, а тербию Мозандера называл эрбией. Это поставило под сомнение результаты разложения иттрии
Мозандером. Дело осложнилось еще и тем, что авторитетные химики частично подтвердили выводы Берлина. Например, Бунзен нашел в иттриевой земле
Экеберга лишь иттрий и эрбий Берлина с розовыми солями; Клеве пришел к тому же результату. Таким образом, существование тербиевой земли стало сомнительным. Дальнейшие исследования иттриевой земли оказались связанными с множеством ошибочных выводов. Так, Смит в 70-х годах выделил из иттрии землю, будто бы содержащую новый элемент, который он назвал мозандрием.
Позже Лекок де Буабодран нашел в мозандрии тербий, гадолиний и самарий.
Мариньяк, повторивший его исследования, пришел к выводу, что мозандрий является окисью тербия. Делафонтен, правильно отстаивавший существование особой тербиевой земли, в свою очередь открыл в ней два несуществующих элемента: филиппий (между тербием и иттрием) и деципий. Но ошибка
Делафонтена сыграла и положительную роль. Продолжив его исследования,
Мариньяк с помощью спектрального анализа выделил из тербиевой земли гадолиний. Все эти земли, однако, были нечистыми, и исследования их приводили к противоречивым результатам. Так, в 1886 г. Лекок де Буабодран, исследуя спектры флюоресценции редких земель, пришел к выводу, что существует не один тербий, а целая группа тербинов; эти тербины затем оказались смесями редкоземельных элементов. Вся эта путаница хорошо иллюстрируется определением атомного веса тербия. Для него в период с 1864 по 1905 г. получено девять значений - от 113 до 163,1. Окончательную ясность в вопрос о существовании тербия внесли работы Урбэна, доказавшего в
1906 г., что именно к этому элементу относятся розовая окраска солей
(работы Мозандера), спектр поглощения и спектр обращения, установленные
Лекок де Буабодраном, мнимые элементы ионий, инкогниций и "Г", найденные
Демарсе по ультрафиолетовой фосфоресценции и искровому спектру (1900).
Точное определение атомного веса тербия (159,2) тоже сделано Урбэном.

Диспрозий, Dysprosium, Dy (66)

В 1843 г. швед Мозандер показал, что иттриевая земля представляет собой комплекс целого ряда земель. Во второй половине XIX в. из иттрии было выделено 11 редких земель; последняя из них открыта в 1886 г. Лекоком де
Буабодраном при спектроскопическом анализе гольмии, или гольмиевой земли.
Новая земля названа диспрозия, а содержащийся в ней элемент - диспрозием
(Dysprosum). Это название французский ученый произвел от греч.- труднодоступный из-за тех трудностей, которые он должен был преодолеть при выделении новой земли. В 1906 г. Урбэн получил диспрозий в чистом виде.

Гольмий, Holmium, Но (67)

Элемент открыт в 1878 - 1879 гг. швейцарским химиком Сорэ, который, исследуя старую эрбиевую землю (эрбию), обнаружил раздвоение спектральных линий. Сорэ обозначил новый элемент индексом Х. Вскоре (1879) шведский химик Клеве выделил из "прежней эрбиевой земли" некоторое количество солей элемента, окрашенных в оранжевый цвет; они оказались солями элемента Х.
Несмотря на то, что Клеве не смог охарактеризовать новый элемент более подробно, чем это сделал Сорэ, он предложил назвать новую землю гольмией
(holmia), а элемент - гольмием (Holmium) в честь столицы Швеции Стокгольма, носившего в старину латинское название Гольмия (Holmia); около Стокгольма были найдены редкоземельные минералы, которые исследовал Клеве.

Эрбий, Erbium, Еr (68)

Эрбий найден впервые в черном минерале, извлеченном из каменоломни близ
Иттерби. История его открытия уже излагалась. Здесь мы напомним лишь то, что название "эрбия" появилось впервые в 1743 г., когда Мозандеру удалось разложить иттриевую землю а три земли - иттрию, тербию и эрбию. Затем прошло 36 лет, прежде чем из эрбиевой земли удалось выделить индивидуальный окисел нового элемента эрбия. Это слово произведено от названия деревни
Иттерби, разделенного на слоги.

Тулий, Thulium, Тm (69)

Открытие тулия (тулиевой земли), как и многих других элементов, относится ко времени, когда арсенал средств исследования редких земель обогатился методом спектрального анализа. Предыстория открытия тулия такова. В конце XVIII в. Экеберг выделил из гадолинита землю иттрию, которая считалась чистым окислом иттрия до тех пор, пока Мозандер не разделил ее на три земли - иттрию, тербию и эрбию. В 1878 г. Мариньяк выделил из тербиевой земли Мозандера две земли, названные эрбией и иттербией. На этом исследование смеси земель не остановилось. Уже в следующем году Клеве разделил эрбию Мариньяка на три земли - эрбию, гольмию
(оказавшуюся смесью) и тулию. Он попросил у Нильсона (открывшего скандий) остаток от экстракции скандия и иттербия, полагая, что этот препарат представляет собой сравнительно чистый раствор солей эрбия. Однако после сотни раз повторяемых операций осаждения и растворения препарата в эрбии все еще содержалась какая-то примесь: атомный вес эрбия в различных фракциях был неодинаковым. Kлеве обратился к профессору физики Упсальского университета Талену с просьбой исследовать спектры поглощения этих фракций и сравнить их со спектрами образцов эрбия, иттербия и иттрия. Тален обнаружил в эрбиевой фракции линии, принадлежащие эрбию и гольмию; третий спектр указывал на присутствие нового элемента. Так был открыт тулий, названный Клеве в честь древнего (времен римской империи) названия
Скандинавии - Туле (Thule). Затем Клеве переработал 11 кг гадолинита, выделил окись тулия и исследовал его соли, окрашенные в бледно-зеленый цвет. Чистая окись тулия получена, однако, лишь в 1911 г. Насколько трудно было определить тулий и тем более, химически выделить его чистый окисел, свидетельствуют такие, например, факты. Мастер спектроскопического исследования Лекок де Буабодран полагал, что существуют два тулия, а крупнейший исследователь редких земель Ауэр фон Вельсбах заявил о том, что он установил наличие даже трех тулиев.

Ранее символ тулия был Тu, а не Тm, как теперь. В некоторых химических сочинениях конца прошлого и начала текущего века нередко ошибочно писали
"туллий".

Иттербий, Ytterbium, Yb (70)

Открытию иттербия предшествовало более чем столетнее исследование минералов, содержащих редкоземельные элементы, в частности гадолинита. В
1787 г. любитель- минералог Аррениус нашел около местечка Иттерби близ
Стокгольма черный камень, названный им иттербитом. В 1794 г. Гадолин подверг минерал химическому анализу и обнаружил наличие в нем новых земель
(окислов неизвестных металлов); после этого минерал получил название гадолинит. Тремя годами позже Экеберг продолжил исследование гадолинита и установил, что в нем содержится бериллиевая земля и еще одна неизвестная, которую он назвал иттрия. Более детальному анализу эта земля была подвергнута лишь 50 лет спустя (1843) Мозандером, выделившим из нее еще две новые земли - эрбию и тербию. Результаты, полученные Мозандером, оспаривались несколько десятилетий. Лишь с помощью спектрального анализа удалось выяснить, что эрбия и тербия Мозандера представляют собой смесь нескольких земель. В 1878 г. Мариньяк выделил, наконец, из гадолинита индивидуальную землю, которую спектроскопически подтвердил Лекок де
Буабодран. Ее назвали иттербия, а соответствующий элемент иттербием. Однако уже год спустя (1879) Нильсон разделил иттербию Мариньяка на две земли - иттербию и скандию, а затем оказалось, что и иттербия Нильсона тоже состоит из двух земель. Разделить их удалось Ауэру фон Вельсбаху в 1907 г., содержащиеся в землях элементы он назвал альдебаранием (Aldebaranium) и кассиопеем (Cassiopeium). Наконец, в этом же году Урбэн разделил иттербию
Нильсона на две земли с элементами нео-иттербий и лютеций. Неоиттербий был включен в список элементов под названием иттербий. Таким образом, начиная с исследований Мариньяка, именем иттербия ошибочно называли сложные смеси земель, содержащих этот элемент.

Лютеций, Lutetium, Lu (71)

Открытие лютеция (англ. Lutecium, франц. Lutecium, нем. Lutetium) связано с исследованием земли иттербии. История открытия сложна и длительна. Мозандер выделил из иттриевой земли эрбиевую землю (эрбию), а спустя 25 лет, в 1878 г., Мариньяк показал, что в гадолините наряду с эрбией существует еще одна земля, названная им иттербией. В следующем году
Нильсон выделил из иттербии землю скандию, содержащую элемент скандий.
Затем исследованиями иттербии не занимались до 1905 г., когда Урбэн, а немного спустя, Ауэр фон Вельсбах сообщили, что в иттербии Мариньяка есть еще две новые земли, одна из которых содержит элемент лютеций (Lutetium), а другая - элемент неоиттербий (Neoytterbium).

Ауэр фон Вельсбах назвал эти же элементы соответственно кассиопеем
(Cassiopeium) и альдебаранием (Aldebaranium). Ряд лет в химической литературе употреблялись и те, и другие названия. В 1914 г. Международная комиссия по атомным весам вынесла решение принять для элемента 71 название лютеций, а для элемента 70 - иттербий. Слово лютеций Урбэн произвел от лютеция (Lutetia) - древнее латинское название Парижа (Lutetia Parisorum).
В русской литературе до 1940 г. иногда вместо лютеций писали лутеций.

Как и в случае у лантаноидов, у элементов семейства актиноидов происходит заполнение 3-го снаружи электронного слоя.

Торий, Thorium, Th(90)

Торий получил название за 15 лет до того, как был открыт. В 1815 г.
Берцелиус, анализируя один редкий минерал из округа Фалюн в Швеции, пришел к заключению, что в нем содержится новый металл, который Берцелиус поспешил наименовать торием. И хотя это заключение было совершенно ошибочным, в те времена мало кто мог оспаривать результаты анализа, сделанного столь авторитетным ученым. Ошибку обнаружил 10 лет спустя сам Берцелиус.
Оказалось то, что он принял за окисел нового металла, было основным фосфатом иттрия. Однако название торий оказалось весьма живучим. В 1828 г.
Берцелиус получил из Норвегии образец минерала, найденного в сиенитах на острове Левен. Черный тяжелый мягкий минерал (он легко резался ножом) был похож на гадолинит и в нем можно было подозревать присутствие тантала. По просьбе норвежских ученых отца и сына Эсмарк Берцелиус сделал анализ минерала и обнаружил, что он состоит из кремнезема и окисла неизвестного металла, который вновь получил название торий (Thorium) от имени древнескандинавского божества Тора. Эсмарки предложили назвать новый минерал в честь Берцелиуса берцелитом, но сам Берцелиус дал ему общепринятое название торит (силикат тория). Попытки Берцелиуса выделить торий в металлическом виде не увенчались успехом. Это сделал Нильсон в 1882 г. Долгое время торий не привлекал к себе особого внимания химиков и лишь после открытия радиоактивности началась новая страница истории тория. После
1898 г., когда Кюри-Склодовская и Шмидт (Мюнстер) обнаружили независимо друг от друга радиоактивность тория, начались многочисленные исследования, приведшие к открытию ряда продуктов радиоактивного распада тория. В 1902 г.
Резерфорд и Содди выделили из раствора ториевой соли продукт, названный ими торием-Х; в 1905 г. Ган, работавший у Рамзая, открыл радиоторий в минерале торините из Цейлона; в 1907 г. он же открыл один из продуктов распада тория
- мезоторий (мезоторий-I и мезоторий-П); позже были открыты и другие члены ториевого ряда. В русской литературе первых десятилетий XIX в. название торий встречается еще до открытия зтого металла. Так, у Двигубского (1822) говорится о ториновой земле, у Соловьева (1824) - о торинии, у Страхова
(1825) - о торине, встречаются также названия тор, торинум. Начиная с
Щеглова (1830) в русской химической литературе обычно употребляется название торий.

Протактиний, Protactinium, Ра (91)

В результате расширения исследований радиоактивных превращений урана становилось все очевиднее, что актиний является продуктом одного из таких превращений. В частности, это подтверждалось постоянством отношения актиний: уран в урановых минералах. Однако установить последовательность превращений и найти звенья цепи образования актиния удалось не сразу.
Содди, Руссель и Фаянс независимо друг от друга предсказали существование радиоактивного элемента - члена уранового ряда, который как аналог тантала
(эка-тантал) должен занять пустующую клетку ниже ванадия. И действительно, в 1917 г. Мейтнер, а год спустя Содди, Крэнстон и Флэкк открыли элемент 91, который оказался первым в ряду актиния, образуя актиний в результате аlfa- излучения. Элемент наименовали протактинием от греч.первый, исходный, начальный и актиний. Название это фиксирует тот факт, что протактиний является исходным элементом в ряду образования актиния. В 1927 г. Гроссе впервые выделил несколько миллиграмм чистой пятиокиси протактиния (Ра2О5)

Уран, Uranum, U (92)

В Богемии (Чехословакия) с давних пор производилась добыча полиметаллических руд. Среди руд и минералов горняки часто обнаруживали черный тяжелый минерал, так называемую смоляную обманку (Pechblende). В
XVIII в. полагали, что этот минерал содержит цинк и железо, однако точных данных о его составе не было. Первым исследованием смоляной обманки занялся в 1789 г. немецкий химик-аналитик Клапрот. Он начал со сплавления минерала с едким кали в серебряном тигле; этот способ Клапрот разработал незадолго до этого, чтобы переводить в раствор силикаты и другие нерастворимые вещества. Однако продукт сплавления минерала растворялся не полностью.
Отсюда Клапрот пришел к выводу, что в минерале нет ни молибдена, ни вольфрама, есть какая-то неизвестная субстанция, содержащая новый металл.
Клапрот попробовал растворить минерал в азотной кислоте и царской водке. В остатке от растворения он обнаружил кремниевую кислоту и немного серы, а из раствора через некоторое время выпали красивые светлые зеленовато-желтые кристаллы в виде шестигранных пластинок. Под действием желтой кровяной соли из раствора этих кристаллов выпадал коричнево-красный осадок, легко отличимый от подобных осадков меди и молибдена. Клапроту пришлось много потрудиться, прежде чем ему удалось выделить чистый металл. Он восстанавливал окисел бурой, углем и льняным маслом, но во всех случаях при нагревании смеси образовывался черный порошок. Только в результате вторичной обработки этого порошка (нагревание в смеси с бурой и углем) получилась спекшаяся масса с вкрапленными в нее маленькими зернами металла.
Клапрот назвал новый металл ураном (Uranium) в ознаменование того, что исследование этого металла почти совпало по времени с открытием планеты
Уран (1781). По поводу этого названия Клапрот пишет: "ранее признавалось существование лишь семи планет, соответствовавших семи металлам, которые и обозначались знаками планет. В связи с этим целесообразно, следуя традиции, назвать новый металл именем вновь открытой планеты. Слово уран происходит от греч.- небо и, таким образом, может означать "небесный металл". Смоляную обманку Клапрот переименовал в "урановую смолку". Чистый металлический уран получил впервые Пелиго в 1840 г. Долгое время химики располагали солями урана в очень небольших количествах; их использовали для получения красок и в фотографии. Исследования урана хотя и велись, но мало что прибавляли к тому, что установил Клапрот. Атомный вес урана принимали равным 120 до тех пор, пока Менделеев предложил удвоить эту величину. После 1896 г., когда
Беккерель открыл явление радиоактивности, уран вызвал глубочайший интерес и химиков и физиков. Беккерель обнаружил, что двойная соль калийуранилсульфат оказывает действие на фотографическую пластинку, завернутую в черную бумагу, т. е. испускает какие-то лучи. Супруги Кюри, а затем и другие ученые продолжили исследования Беккереля, в результате чего были открыты радиоактивные элементы (радий, полоний и актиний) и множество радиоактивных изотопов тяжелых элементов. В 1900 г. Крукс открыл первый изотоп урана - уран-Х, затем были открыты другие изотопы, названные уран-I и уран-II. В
1913 г. Фаянс и Геринг показали, что в результате beta-излучения, уран-Х1 превращается в новый элемент (изотоп), названный ими бревием; позже его стали именовать ураном-Х2. К нашему времени открыты все члены ураново- радиевого ряда радиоактивного распада.

Нептуний, Neptunium, Np (93)