Реферати українською » Биология и химия » Иттрий - Знахідка у занедбаному кар'єрі


Реферат Иттрий - Знахідка у занедбаному кар'єрі

Страница 1 из 2 | Следующая страница

С.І. Венецкий

У 1787 року лейтенант шведської армії Карл Арреніус вирішив провести літня відпустка у містечку Иттербю, розташованому одному з численних острівців поблизу столиці Швеції Стокгольма. Вибір зроблений випадково: жагучий любитель мінералогії, Арреніус знав, що навколо Иттербю є що відслужив віку і тому давно занедбаний кар'єр - адже він і манив молодого офіцера, котрий сподівався поповнити свою колекцію мінералів. День у день Арреніус старанно обстежив дедалі нові ділянки кар'єра, але похвалитися йому тривалий час був нічим. І тепер, нарешті, прийшла удача: знайдено чорний важкий камінь, схожий на кам'яне вугілля. Така знахідка вже чогось коштувала. Радості Аррениуса був меж, але міг він тоді припустити, що це непоказний на цей вид мінерал зіграє величезну роль історії неорганічної хімії, до того ж впише у ній ім'я свого першовідкривача?

Відпустку підійшов до кінця. Повернувшись додому, Арреніус становив опис мінералу, дав йому без тривалих роздумів назва "иттербит" (на вшанування містечка, де той знайдено) і знову розпочав несення військової служби. Раз у раз він продовжував відвідувати заняття минералогическими пошуками, але зоряна година нього був вже позаду.

У 1794 року иттербитом зацікавився фінський хімік Юхан Гадолин, професор університету у Або (нині Турку). І йому чорний камінь з-під Иттербю виявився щасливим, багато в чому визначивши напрям подальшої наукової діяльності цього відомого вченого (в 1811 року він був обраний членом-кореспондентом Петербургській академії наук). Гадолин піддав мінерал хімічним аналізом події і виявив у ньому, поруч із окислами заліза, кальцію, магнію і кремнію досить багато (38 %) невідомої домішки, яке нагадувало почасти глинозем, почасти окис кальцію. Вчений дійшов висновку, що він відкрита окис нового хімічного елемента, чи, як тоді говорили, нова "земля" (так колись називали тугоплавкі, нерозчинні у питній воді окисли деяких елементів).

Через 3 роки дослідженням иттербита зайнявся шведський хімік Андрес Экеберг, професор Упсальского університету. Він підтвердив висновки свого фінського колеги з тією різницею, що, на його думку, частку нового речовини доводилося не 38, а 55,5%. Экеберг запропонував назвати невідому землю иттриевой, а иттербит перейменувати в гадолинит з шанування великим науковим заслугах Гадолина - першого дослідника цього мінералу.

Інтерес учених звернулися до иттриевой землі росло, як з води. Численні дослідження, проведені у різних країнах, підтверджували присутність у гадолините нового елемента (щоправда, кількісні характеристики, зазвичай, виявлялися різними). Але з хіміків, "бороздивших" вздовж і впоперек иттриевую землю, до певного часу не спадало на думку, що ховається чимало, а відразу кількох незнайомців - окислів невідомих науці елементів.

Той самий складної за складом виявилася цериевая земля, відкрите 1803 року. Як з'ясувалося пізніше, у тих двох речовинах "мешкали" майже всі елементи, які розташовуються сьогодні у таблиці Менде-лєєва під номерами 57-71 і називаються лантаноїдами, а разом із найближчими "родичами" скандием (№ 21) і иттрием (№ 39) утворюють сім'ю рідкісноземельних металів. Але, щоб розділити землі на складові і все що входять до до їхнього складу елементи, вченим довелося століття.

Початок ХІХ століття ознаменувалося появою світ значної частини нових елементів. Тоді ж було відкрито паладій і родій, осмій і іридій, калій і натрій, барій і стронцій, кальцій і магній, літій і кадмій. Усі ці "новонароджені" прикували себе увагу хіміків, а інтерес до иттриевой і цериевой землям помітно упав.

Мабуть, лише знаменитий шведський хімік Єнс Якоб Берцелиус та її учні не втрачали з цього виду рідкісні землі. У 1818 року одне із помічників Берцелиуса Шерер виявив, що з нагріванні иттриевой землі на закритою склянці безбарвний порошок раптом набував дивну жовтизну, яка зникала лише по тому, як процес повторювався в відновлювальної атмосфері. Це наштовхнуло Шерера на думку, що у вихідному препараті, поруч із окисом иттрия, міститься невідомий окисел - адже він і наводив жовтий "грим" на иттриевую землю. Такі думки дехто висловлював і зараз, але далі припущень справа не йшло. Шерер також зумів експериментально підтвердити від своєї ідеї.

Минуло кілька років, й у біографії иттрия з'явилася нова запис: 1828 рік - німецький учений Фрідріх Велер (до речі, теж учень Берцелиуса) уперше отримав металевий ітрій. І хоча метал був дуже забруднене домішками, всі ці події розцінювалося як значний успіх Велера, оскільки виділення будь-якого рідкісноземельного елемента із хімічних сполук - по сьогодні надзвичайно трудомістка і складне завдання.

Наступну сторінку до історії иттрия (а точніше, до історії всіх рідкісноземельних елементів, бо їх долі як найтісніше переплелися) вписав іще одна учень Берцелиуса - талановитий шведський хімік Карл Мосандер. Ще 1826 року він серйозно захопився дослідженням цериевой землі і зробив висновок щодо тому, що, як й у иттриевой, можуть утримувати інший, ще невідомий окисел. Проте Мосандер ні любителем поспішних категоричних суджень, а виділити нову землю він тоді не зумів. На що час інші справи відвернули його вивчення окислів церію, і у кінці 1930-х стрілка компаса наукових інтересів вченого знову повернулася убік рідкісноземельного "полюси". Спочатку він повторив свої досліди з цериевой землею і сьогодні вже зумів довести, що приховується окис іншого елемента. На пропозицію Берцелиуса Мосандер назвав би лантаном - грецькою "прихований". Лантан справді довго переховувався під прикриттям церію, зате згодом не лише гостинно дав притулок у своїй "домі" всіх рідкісноземельних родичів, а й дав їм право іменуватися лантаноїдами.

Крім окису лантана, Мосандер знайшов у цериевой землі одну землю; надалі з'ясувалося, що вона мала складний склад, і із неї результаті розширення зрештою вдалося виділити декілька рідкісноземельних елементів. Тепер настала черга иттриевой землі. Мосандер пам'ятав про її "жовтих днях" в експериментах Шерера. Не забув і у тому, що ці над реальним змістом окису иттрия в гадолините помітно розрізнялися в дослідах Гадолина, Экеберга і багатьох інших дослідників, попри подібні методи аналізу. Тут з чого посушити голови, тим паче, що й сам Берцелиус не зміг дати можливість цим розходженням підходящого пояснення. Але з чого ж почати?

Насамперед Мосандер постарався отримати максимально чисту окис иттрия. У цьому учений не задовольнився лише тими методами, якими мала на той час наука: спеціально на свої дослідів він розробило нові методи, згодом міцно ввійшли до арсенал хімії рідкісноземельних елементів. Для "розщеплення" иттриевой землі Мосандер використовував зване дробове (чи фракционированное) осадження, основу якого лежало незначне розбіжність у розчинності солей рідкісноземельних елементів в кислотах. Якщо иттриевая земля є сумішшю окислів, вони повинні випадати в осад не одночасно, а, по черги, зумовленої їх різною основностью, отже, і різною розчинність.

Проходили дні, тижня, місяці. Буквально по краплях додавав учений до гідроокису иттрия оксалат калію, аміак та інші реактиви. Один скрупульозний досвід перетворювався іншим. І тепер, нарешті, у жовтні 1843 року Мосандер опублікував "Философском журналі" результати своєї роботи. З иттриевой землі йому вдалося виділити три окисла: спочатку випадав жовтий осад, потім блідо-рожевий й у останню - безбарвний. Назви, які дав Мосандер цим окислам і відповідатиме їм елементам, хіба що символізували поділ вихідної землі, виявленої в мінералі з-під Иттербю: від початковій частини назви цієї шведської села "итт" набула свого ім'я безбарвна окис - иттрия, від "тер" - жовта, стала тербией, і південь від "эрб" - розоватая, именовавшаяся відтепер эрбией.

Та цим зупинятися були ще рано: навколо "тріо" Мосандера розгорнулася жвава полеміка, у якій брали участь багато великі хіміки. Одні сумнівалися існування виявлених земель, інші, навпаки, стверджували, що це землі на своє чергу слід поділити на самостійні "території", належать невідомим поки елементам. Істина лежала між тими крайніми точками зору: эрбиевая земля справді була сумішшю окислів. У 1878 року швейцарський хімік Жан Мариньяк розділив в частини - эрбию і иттербию (названу честь тієї самої шведської села). Але, як з'ясувалося, кожна з цих земель була... теж сумішшю оксидів.

Дроблення земель тривало, сім'я рідкісноземельних елементів поповнювалася новими членами. На той час інтерес до рідкісним землям різко зріс. Чималу роль зіграв у цьому розроблений 1860 року німецькими вченими Робертом Бунзеном і Густавом Кирхгофом спектральний метод аналізу, значно що розширив можливості проникнення таємниці речовини.

Приблизно так як у період золотих лихоманок тисячі любителів наживи рвалися до Каліфорнії і Клондайк, у вищій чверті уже минулого століття на берега архіпелагу рідкісних земель висадився численний десант учених - шукачів хімічних скарбів. Відкриття нових рідкісноземельних металів посипалися як з рогу достатку, але, на жаль, переважній більшості з них (а їх було понад сто) бракувало необхідних "документів" для на постійно в таблиці елементів. Зате які гарні імена давалися новонародженим їх щасливими "батьками": филиппий і деципий, демоний і метацерий, дамарий і люций, космий і неокосмий, глаукодим і Вікторій, эвксений і каролиний, инкогнитий і кассиопей і навіть альдебараний. Тепер ці гучні назви можна знайти лише списках ложнооткрытых хімічних елементів...

Але, зрозуміло, були й удачі. З эрбиевой землі, поруч із самим эрбием, отримано тулий, гольмий і диспрозій, та якщо з иттербиевой землі, крім иттербия, ще скандій і лютецій. Характерна деталь: виділення лютецію французькому хіміку Жоржу Урбену довелося виконати понад п'ятнадцять тисяч кристаллизаций. Так неохоче природа розкривала науці свої таємниці. Цікаво, що лютецій виявився останнім редкоземельным елементом як за часом відкриття (він "ввійшов у лад" в 1907 року), і становищем ряду лантаноидов. Якщо ви подивитеся на таблицю елементів, то побачите, що лютецій цілком резонно може заявити: "Моя хата скраю".

Отже, все рідкісноземельні метали відкриті. Підіб'ємо деякі підсумки. Крохотное шведське селище Иттербю, де колись Арреніус знайшов чорний камінь, дало імена чотирьом хімічним елементам - иттрию, тербию, эрбию і иттербию. Жоден материк, практика жодної держави, жодна столиця не удостоїлися такої честі. Став своєрідним рекордсменом і чорний мінерал гадолинит (иттербит): що вона "камерою зберігання" хіба що десятка нових елементів, хто був вилучено з иттриевой землі, вперше виявленої в иттербите.

Иттрий та інші рідкісноземельні метали доставили чимало клопоту Д.І. Менделєєву, коли людина виписував "ордера" для заселення вибудуваної ним періодичної таблиці. На момент відкриття найважливішого закону хімії науці були відомі шість рідкісноземельних елементів. Підібрати адекватні фігури кожного з них підходяще місце у таблиці виявилося дуже важко через їх дивного хімічного подібності, а оскільки з роками їх збереглося зростало, те й турбот додавалося. Минуло не одне десятиліття, як вдалося розв'язати "житлову проблему" членам рідкісноземельного сімейства. Виявилося, що иттрию, з якого почалася історія рідкісних земель, потрібно надати окрему "квартиру". Такі самі пільги отримав скандій, проте інші рідкісноземельні елементи, як говорилося, було розміщено в "багатокімнатної квартирі", і лантан призначили "відповідальним наймачем". І хоча більша частина лантаноидов належить до иттриевой групі (другу частину - до цериевой), ітрій розлучений з ними таблиці елементів.

З кінця XVIII століття, коли було відкрито ітрій, донині минуло хіба що двоє століть. Здається, цей час можна було досконально вивчити елемент і навіть довідатися усі його фізичні характеристики. Проте досі інформацію про щільності, температурах плавлення і кипіння та інших параметрах иттрия, наведені у різних довідниках, який завжди збігаються. Причина тому одна: неоднакова ступінь чистоти металу, досягнута різними дослідниками. Зараз переплавом в вакуумі із наступною двох- і триразовій дистиляцією отримують ітрій чистотою 99,8-99,9%. Такий метал плавиться приблизно при 1500 °З, яке щільність становить 4,47 г/см3. Поєднання порівняно високої температури плавлення з низькою щільністю, непоганими прочностными даними та іншими вартісними властивостями роблять ітрій перспективним конструкційним матеріалом. Так, з нього вже виготовляють трубопроводи транспортування рідкого ядерного пального - розплавленого урану чи плутонію. Але спочатку елемент № 39 частіше пробує свої сили у інших галузях.

Ще наприкінці уже минулого століття, ознаменовавшемся електричним бумом, німецький фізик Вальтер Нернст створив незвичну лампу розжарювання: замість вугільної чи металевої нитки, вміщеній в вакуум чи інертний газ, вона мала відкритий стерженек з суміші окислів цирконію і иттрия. Ідея вченого виходила з тому, деякі кристалічні сполуки - звані тверді електроліти - проводять струм внаслідок руху іонів, а чи не електронів. Лампу Нернста доводилося запалювати сірником, оскільки керамічний стерженек починав проводити струм лише за 800 °З. Через це лампа не знайшла тоді попиту, проте подібні нагрівальні елементи широко застосовують у сучасній техніці до створення високих температур (окис иттрия замінена у яких окисом кальцію). На відміну від металевих, такі нагрівачі як не окисляються надворі, а й, навпаки, працюють краще, що стоїть окислювальна здатність середовища.

Сьогодні з оксиду иттрия дуже високою чистоти виготовляють иттриевые ферриты, використовувані в радіотехніці і електроніці, в слухових приладах і осередках пам'яті счетно-решающих пристроїв. Бориды, сульфіди і окисли иттрия служать матеріалом катодів потужних генераторных установок, жароміцних тиглів для плавлення тугоплавких металів. Кілька років тому створено новий жароміцний матеріал циттрит, являє собою циркониевую кераміку з добавками иттрия; циттрит має мінімальної теплопроводностью

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація