Таблица Менделеева. Элементы уже близко - Аркадий Искандерович Курамшин

В 1839 году Карл Густав Мосандер – шведский врач и химик – заявил об открытии нового химического элемента. По забавной иронии судьбы он назвал это элемент «дидимом» – от греческого слова «близнец». Мосандер не предполагал, насколько точно его предложение отражает суть того, что он считает индивидуальным химическим элементом – он просто отметил уникальное, на его взгляд, сходство свойств нового «элемента» с лантаном, что и отразил в названии. То, что название отражает суть открытия и элемент дидим на самом деле – смесь двух элементов-близнецов, стало ясно позднее, когда об индивидуальности элементов и веществ стали говорить, опираясь не только на их физические и химические свойства, но и на появившийся в результате совместной работы Бунзена и Кирхгофа метод спектроскопии. Выше, характеризуя метод спектроскопии, я уже упоминал о том, что для каждого элемента его спектральный «штрихкод» уникален и неповторим, но при этом не меняется в зависимости от происхождения образца элемента. Почти сразу же после того, как Кирхгоф и Бунзен осознали, какие возможности им дает спектроскоп в открытии новых элементов, они же поняли, что с помощью спектроскопии можно установить, насколько чист тот или иной образец.

В 1870-х годах Бунзен заметил, что спектры образцов соединений дидима, полученных из различных источников, различались, и на основании этого предположил, что дидим представляет собой смесь элементов. Решить эту задачу он предложил своему ученику – австрийскому химику Карлу Ауэру фон Вельсбаху. После сотен дробных перегонок в 1885 году фон Вельсбаху удалось выделить из дидима два производных разных химических элементов. Один из элементов, соли которого были окрашены в зелёный цвет, получил название празеодим – «зелёный близнец», второй был назван неодимом – «новым близнецом».

Несмотря на то, что в конце XIX века дидим оказался двумя элементами и расширил своё влияние на две клетки Периодической системы, сложности в отделении неодима от празеодима и наоборот приводили к тому, что в ряде случаев на практике применялись не отдельные элементы, а их смесь, которую по старой традиции продолжали называть «дидимом». Наиболее известно «дидимовое стекло» – стекло, которое получают, используя неразделённую смесь оксидов неодима и празеодима. Дидимовое стекло сильно ослабляет линии спектра излучения атомов натрия, и если из такого стекла изготовить очки для стеклодува, ему будет гораздо проще придавать стеклу требуемую форму. В дидимовых очках стеклодув просто не будет обращать внимания на жёлто-оранжевое свечение раскалённого и размягчающегося стекла.

Разделять празеодим и неодим для практического применения научились только в 1940-х годах (несколько сот дробных перекристаллизаций, которые провел фон Вельсбах для выделения граммовых количеств соединений, было достаточно для подтверждения открытия нового элемента, но этот метод явно не подходил для применения чистых неодима и празеодима в промышленных масштабах). В 1940-е годы американские химики во главе с Френком Спеддингом разработали методы ионообменной хроматографии, которые позволили избавиться от утомительных перекристаллизаций и в течение пары лет в лабораторных условиях получить килограммовые количества «зелёного и нового близнецов», сделав возможным их практическое применение уже не в виде «дидима».

Оказалось, что сплавы празеодима с германием и кремнием, обладающие свойствами полупроводников, при понижении температуры ведут себя как сверхпроводящие материалы. Сплавление же неодима, железа и бора позволило получить ферромагнитный материал для изготовления сверхмощных постоянных магнитов, которые применяются не только в электрических моторах и электронных устройствах, но и применяются для размещения магнитных картинок и букв на досках в детских садах и начальной школе.

Ярко-зелёные спектральные линии неодима, которые в своё время дали повод Бунзену подумать о том, что дидим – это не один химический элемент, тоже находят применение – небольшое количество оксида неодима, вводящееся в материал для изготовления алюмоиттриевого граната (материала для изготовления рабочего тела лазера) дает возможность лазерному устройству (в том числе и лазерной указке для лекций и презентаций) испускать ярко-зелёное свечение.

61. Прометий

Персонажем греческой мифологии, более всего сделавшим для науки и человечества, однозначно можно считать Прометея. По одной версии его можно считать первым химиком-технологом, который подарил людям секрет добычи и применения огня, по другой – Прометею была не чужда и фундаментальная наука – он обучил людей математике, астрономии, медицине и тому, как возделывать землю.

В поэмах Гесиода даже говорится о том, что Прометей приложил руку к созданию рода человеческого – он вылепил людей из глины, а Афина вдохнула в вылепленные из глины тела жизнь и дух. Неопределённость того, что же конкретно Прометей сделал для нас, возможно, и является причиной того, что сейчас довольно сложно определиться, кого можно считать первооткрывателем прометия, элемента с порядковым номером 61. Зато мы знаем, кто предложил прометию его название. «Крестной матерью» элемента №61 можно считать Грейс Кориелл, жену американского химика Чарльза Кориелла, который вместе с коллегами Джейкобом Марински и Лоуренсом Гленделином в 1945 году с помощью ионообменной хроматографии выделили прометий из продуктов деления урана (J. Am. Chem. Soc. – 1947. – Vol. 69. – P. 2781-2785). До этого в 1920-е годы с заявлениями об открытии элемента №61 выступали ученые из Италии и из Иллинойского университета, однако эти заявления не были подтверждены. Вскоре после того, как в результате работы Кориелла и соавторов стало ясно, что искомый элемент №61 наконец обнаружен, Грейс Кориелл, вероятно, представила мужа и его коллег кем-то в роли титанов, добывающих огонь у богов (а может быть, такие эмпиреи не заботили её и на название прометия повлияла программа по созданию атомного оружия, в рамках которой проводили исследования Кориелл, Марински и Гленделин).

Подозрения о том, что такой элемент, как прометий, может существовать, появились уже в 1902 году, когда уже разъяснилась ситуация с празеодимом и неодимом и был открыт самарий. Чешский химик Иоганн Богуслав Браннер, следя за увеличением атомных масс в ряду Pr®Nd®Sm, предположил, что переход по массе от неодима к самарию слишком резкий и тенденция изменения атомных масс требует присутствия между неодимом и самарием ещё одного элемента. Догадки Браннера перестали быть просто догадками, когда британский физик Генри Мозли нашёл взаимосвязь между порядковым номером элемента в Периодической системе и характеристической частоты рентгеновского излучения элемента. Закон Мозли дал возможность определить положение элементов в Периодической таблице, просто анализируя его спектр рентгеновского излучения, и с принятия физиками и химиками закона Мозли основой классификации химических элементов стал уже порядковый номер