Краткая история открытия редкоземельных элементов, мировые и российские запасы, практическое применение сплавов и соединений на их основе

История открытия редкоземельных элементов

В 1787 г. лейтенант шведской армии минералог-любитель Карл Аррениус нашел в заброшенном карьере поблизости от шведской деревни Иттсрби неизвестный прежде черный блестящий минерал и назвал его в честь местонахождения — иттербит. Это событие положило начало эры открытий редкоземельных элементов (РЗЭ, R) и их последующих практических применений.

Через семь лет, в 1794 г., финский профессор Ю. Гадолин исследовал иттербит и обнаружил в нем среди соединений магния, железа и кремния неизвестную ранее примесь, похожую одновременно и на оксид кальция, и на оксид алюминия. Гадолин назвал эту примесь иттриевой землей. В то время землями называли тугоплавкие плотные оксиды металлов. Примечателен тот факт, что, проявив уважение к финскому ученому, шведский химик А. Экберг спустя три года после открытия иттриевой земли предложил переименовать иттербит в гадолинит. После описанного открытия многие знаменитые ученые проявили необычайный интерес к иттриевой земле и минералу гадолиниту.

Научный коллектив знаменитого шведского химика Й. Я. Берцелиуса и его студенты продолжили изучение находки С. Аррениуса и открытия Ю. Гадолина. Й. Берцелиус, будучи уникальным ученым, сочетающим в себе новаторские идеи и широту взглядов истинного энциклопедиста, открыл целых три элемента: радиоактивный торий, селен и церий. Но главное — он воспитал целую группу молодых ученых, которым впоследствии было суждено открыть большинство редкоземельных металлов (РЗМ). До поры до времени никто не догадывался, что иттриевая земля содержит оксиды не одного, а целого семейства новых элементов — иттрия (Y), лантана (La), тербия (ТЬ), эрбия (Ег) и иттербия (Yb).

Ученик Берцелиуса — К. Мосандер увлекся изучением другой редкой земли — цериевой, доказав, что и в ней содержится несколько неизвестных науке элементов, и предположил, что такие тайны скрывает и иттриевая земля. Именно он обнаружил в цериевой земле следы нового элемента лантана (La), буквально скрывавшегося за церием (отсюда и его название — лантан, от греческого слова «скрытый»). Он же предложил назвать все похожие на него элементы лантанидами или лантаноидами.

Так или иначе, но любопытство К. Мосандера заставило его вновь обратиться к изучению иттрия и иттриевой земли. Из иттриевой земли он сумел выделить поочередно желтый, розоватый и бесцветный осадки оксидов новых элементов. Названия, которые дал К. Мосандер этим оксидам и соответствующим им элементам, символизировали разделение исходной иттриевой земли, обнаруженной в минерале гадолините: от начальной части названия деревни Иттерби «итт» получила свое имя бесцветная окись иттрия, от «тер» — желтая, ставшая тербиевой землей, и от «эрб» — розоватая, именуемая с тех пор эрбиевой.

В 40−60-х гг. XIX в. в Ильменских горах Урала был обнаружен еще один неизвестный черно-бархатистый (как и иттербит!) минерал, названный в честь настоятеля рудника полковника Самарского — самарскитом. По названию минерала обнаруженный в нем новый элемент французский химик Ф. Лекок де Буабодран назвал самарием (Sm). В дальнейшем в этом же минерале были открыты празеодим (Рг), неодим (Nd) и гадолиний (Gd). Не все просто было с компонентом гадолинита — эрбиевой землей, которая оказалась смесью нескольких оксидов неизвестных лантаноидов.

В итоге швейцарский химик Ж.-Ш. Мариньяк, француз Ф. Лекок де Буабодран и шведский химик П. Т. Клеве выделили из эрбисвой земли, наряду с самим эрбием (Ег), новые элементы — тулий (Тт), гольмий (Но) и диспрозий (Dy). В названиях первых двух из них была запечатлена Скандинавия, названия элементам № 67 и № 69 дал П. Клеве: Holmia — так пишется по-латыни старинное название Стокгольма, Thule — так во времена Римской империи называли Скандинавию и север Европы. Сложнее всего было с диспрозием (Dy); элемент получил вполне оправданное название: диспрозий означает труднодоступный. Спустя некоторое время исследователю самарскита французу Э. Демарсе удалось получить еще один неизвестный элемент, получивший название европий (Ей). С иттербием (Yb) же связано открытие лютеция (Lu) — последнего из редкоземельной семьи, обнаруженного на нашей планете. Это случилось в 1905 г., когда Ж. Урбсн (Франция), а немного спустя К. Ауэр фон Вельсбах (Австрия) сообщили, что в иттербиевой земле есть еще один новый элемент — лютеций (Lutetium — старинное латинское название Парижа).

Так в начале XX в. почти все члены редкоземельной семьи были обнаружены и описаны. Оставалась пустой только клетка периодической таблицы под № 61. Этот элемент открывали, закрывали и вновь открывали много раз. Но в 1947 г. была поставлена точка: американские исследователи Дж. Маринский, Л. Глсндснин и Ч. Корнелл действительно нашли его среди продуктов, образующихся в ядерном реакторе. Последний лантаноид и последний редкоземельный элемент получил свое название в честь подарившего людям огонь Прометея — прометий (Pm). Открытием прометия завершилась удивительная история длиной в 160 лет (табл. 1). И как говорил Ж. Урбен после того, как совершил 15 тыс. кристаллизаций для выделения лютеция, «история открытия редких земель — морс ошибок, и истина в нем тонула». Но великие химики трех веков справились со своей задачей и подарили миру 17 новых элементов, изучение необычных и подчас уникальных свойств которых ведется и по сей день.

Даты открытия РЗЭ и фамилии исследователей, которые это сделали*

* Приводится по: [1].