Архипелаг редких земель

Если каждую клетку Менделеевской таблицы сравнить с островом, то эта подобна архипелагу. Ее хозяину - лантану - пришлось потесниться. Пятнадцать элементов были «втиснуты» в его квартиру... Впрочем, это не прихоть химика. Виновата природа.

Это она дала пятнадцати элементам абсолютно одинаковые внешние электронные оболочки и, как следствие этого, одинаковые химические свойства. Поэтому и разорвать крепкие объятия близнецов оказалось делом нелегким. Правда, некоторые из них были получены в достаточно чистом виде еще в прошлом веке, но никаких особенно полезных свойств не нашли тогда химики в их крупицах. Овчинка явно не стоила выделки, и пятнадцать редкоземельных элементов надолго вышли из сферы активного внимания ученых.

Наступила вторая половина XX века - время невиданно бурного развития науки и техники. Тогда и «вспомнили» о пятнадцати близнецах. Впрочем, к этому времени в их «творческое объединение» влились еще два. Хотя иттрий и скандий занимали отдельные клетки Менделеевской таблицы, их тоже отнесли к семейству редкоземельных. Для этого было серьезное основание - общность свойств.

С высоты летящего самолета табун коней кажется сплошной темной тучей. Редкоземельные элементы тоже лишь «издали» казались одинаковыми. Каждый из них обладает собственным, особенным характером. Выяснилось, что неодим хорошо упрочняет легкие магниевые сплавы. Церий, поглощая различные примеси, содержащиеся в растворенном металле, делает слитки монолитнее, детали из них - надежней. Но особенно отличился иттрий. Один процент этого металла ввели в нержавеющую сталь, и температура ее окисления резко подскочила с 1093 до 1370 градусов. Иттрий также улучшает свойства хрома. Кроме того, благотворное воздействие на хром оказывают еще пять редкоземельных элементов: празеодим, неодим, гадолиний, эрбий, лютеций. С помощью диспрозия созданы новые магнитные сплавы. Замечательные магнитные свойства многих этих элементов представляют исключительный интерес для науки.

Редкоземельные металлы нашли себе применение и в атомной технике. Для ядерных реакторов оказались весьма полезными различные конструкционные материалы с церием и неодимом. Восторженно были встречены физиками гадолиний, европий, самарий, диспрозий, обладающие способностью необычайно активно поглощать тепловые нейтроны. Из металлов этой замечательной «четверки» и их соединений изготовляются стержни регулирования и аварийной защиты атомных реакторов.

Полезную работу выполняют и радиоактивные редкоземельные изотопы. Особенно интересным оказался один из изотопов прометия. Его период полураспада - 2,6 года. Он дает излучение, от которого очень легко защититься. Естественно, такой изотоп не мог не заинтересовать ученых. На его основе стали изготавливать миниатюрные и сверхминиатюрные атомные батареи. Диаметр такой батареи - с монетку. Ее можно вдеть в кольцо или запонку. Даже при температуре около ста градусов (плюс или минус) прометиевая батарея работает почти пять лет. Она может питать миниатюрный радиоприемник или слуховой аппарат.

Другие радиоактивные редкоземельные изотопы - тулия, иттрия, европия - уже нашли применение в медицине. Рентгенопросвечивающий аппарат с изотопом тулия в качестве источника проникающих лучей чрезвычайно прост и невелик. Он не нуждается в электропитании и весит всего несколько килограммов. Представьте себе, насколько удобен он там, где пока еще нет электричества!

Интересное открытие с помощью радиоактивного изотопа тулия сделали английские археологи. Они нашли бронзовый ассирийский шлем IX века до нашей эры. Было решено исследовать его рентгеноскопически. Но шлем имел полусферическую форму, и применить обычный рентгеновский аппарат оказалось невозможно. Тогда внутрь шлема ввели тулиевый препарат, а снаружи расположили пленку. Когда пленку проявили, на ней ясно обозначались древние письмена и символические знаки, стертые временем. Редкоземельные элементы помогли историкам.

Академик Д. Н. Прянишников

Вероятно, соли редких земель окажутся замечательными микроудобрениями. На почве, содержащей такие соли, урожай некоторых культур оказался гораздо выше, чем на обычной. Недаром еще академик Д. Н. Прянишников указывал, что редкие земли, содержащиеся в хибинских апатитах, плодотворно влияют на развитие растений.

Редкоземельные элементы творят чудеса в стекольной промышленности. Благодаря добавкам церия стекла приобретают способность задерживать радиоактивные излучения. Из таких стекол изготавливают смотровые окна атомных реакторов. Церий - один из лучших материалов для обесцвечивания стекла. Зато другие его коллеги - неодим и празеодим - окрашивают стекла в разные цвета, придавая им изумительные по красоте нежно-фиолетовые, зеленые и другие оттенки. Смесь неодима и празеодима создает так называемый александритовый эффект: стекла с этими металлами меняют окраску в зависимости от того, является ли освещение дневным или вечерним. Создан также специальный класс лантановых стекол для самых сложных оптических приборов.

Редкоземельные элементы и их соединения используются также в керамике, огнеупорах, в радиотехнике, радиоэлектронике, светотехнике и многих других отраслях новейшей техники.

Десять лет назад рассказ о применении лантана и его семьи можно было бы уместить на небольшой страничке. Сегодня для этого недостаточно большой статьи.

Конечно, далеко не все тайны редких земель уже раскрыты. В их архипелаге и сегодня есть острова, на которые, можно сказать, не ступала нога человека, - элементы, которые еще не были даже получены в чистом виде в достаточно больших количествах...

Гаврилова Н. В.

Похожие публикации

Командиры электронных пушек

Как гравитация влияет на эволюцию жизни и развитие живых индивидуумов

Боги в синих халатах