Открытия новых химических элементов

Для развития теоретической химии этого периода исходным и основополагающим было создание Д. И. Менделеевым его периодической системы. Гениальное творение русского ученого наложило печать на развитие химической науки в двух аспектах.

Во-первых, пустые клетки таблицы Д. И. Менделеева (в 1871 г. было известно только 63 элемента) заполнились в результате открытий ученых различных стран, причем блестяще подтверждались предположения Менделеева о свойствах некоторых из этих неизвестных тогда элементов. До 1917 г. таблица пополнилась многими вновь открытыми элементами.

Во-вторых, развитие теории строения атома помогло по-новому объяснить физический смысл периодической системы элементов. Выяснилось, что и порядковый номер элемента, и его атомный вес являются характеристиками строения атома данного вещества.

Периодическая система элементов нашла подтверждение в работах многих ученых. В 1875 г. французский химик П. Э. Лекок де Буабодран (1838—1912) получил новый элемент — серебристый легкоплавкий металл, названный в честь родины ученого галлием. Практическое применение галлия относится лишь к нашему времени.

В 1878—1879 гг. швейцарский химик Сорэ и шведский ученый П. Т. Клеве (1840—1905) обнаружили и получили небольшое количество солей элемента, окрашенных в оранжевый цвет. Этот элемент был назван гольмием в честь столицы Швеции Стокгольма, в старину называвшейся Гольмия (или Хольмия), где и были найдены эти редкоземельные минералы. В те же годы П. Клеве при активном участии физика Талена открыл тулий, названный учеными в честь античного наименования сказочной северной страны Туле (в данном случае отождествленной со Скандинавией).

Еще в 1839 г. шведский химик Мозандер выделил новую «лантановую землю», которая, как выяснилось впоследствии, представляла собой смесь нескольких веществ. Мозандер назвал ее дидймием (от греческого слова «дйдимос» — двойник). В середине XIX в. «дидимиеву землю» стали получать из самарскита, открытого русским горным инженером В. М. Самарским-Быховцем (1803—1870) в Ильменских горах. В 1879 г. Лекок де Буабодран из «дидймиевой земли» выделил новый элемент, названный им самарием, подчеркнув, что элемент был получен из самарскита. В том же году Ж. де Ма-риньяк и Лекок де Буабодран выделили из дидимия еще одну «землю», названную ими гадолинием в честь финского химика XVIII в. Гадолина.

Последующие исследования «дидймиевой земли» привели в 1882 г. австрийского химика К. А. фон Вельсбаха к открытию еще двух редкоземельных элементов — празеодима, названного так за свой светло-зеленый цвет (от греческого слова «прасинос» — зеленый, как лук), и неодима (от приставки «нео», т. е. новый, и последнего слога дидимия — «дим»). Таким образом, в начале 80-х гг. дидимий, значившийся в первых вариантах периодической системы Д. И. Менделеева химическим элементом, исчез, а вместо него образовалось четыре новых лантаноида: празеодим, неодим, самарий и гадолиний. В 1886 г. Лекок де Буабодран с помощью спектроскопического анализа «гольмиевой земли» открыл элемент, названный им диспрозием, также относящийся к лантаноидам. Это название было производным от греческого слова «дюспроситос» — труднодоступный. Лишь в 1906 г. Ж. Урбёну (1872—1938) удалось получить диспрозий в чистом виде. В начале XX в. поиски новых лантаноидов продолжались. В 1896—1900 гг. Э. Демарсэ в результате длительных опытов выделил из «самариевой земли» новый элемент, названный им в 1901 г. европием, в честь континента Европа.

Открытие лютеция было связано с изучением иттербия. В 1907 г. Урбену удалось независимо от австрийского химика КА. фон Вельсбаха открыть этот новый элемент. Лютеций получил свое название от древнеримского названия Парижа (Lutetia Parisorum).

Чешский химик Б. Браунер (1855—1935), которому принадлежит большая заслуга по дальнейшему подтверждению и обоснованию периодической системы, выделил все редкоземельные элементы в особую группу, впоследствии названную лантаноидами Сейчас лантаноиды широко применяются в виде металлов, сплавов и химических соединений в различных отраслях техники.

В 1886 г. А. Муассан получил свободный фтор, который вскоре приобрел широкое применение в технологии.

В 1894 г. У. Рамзай (Рэмзи) в сотрудничестве с Дж. Рэлеем (Рейли) (1842—1919) открыл ранее неизвестную составную часть воздуха — газ аргон. Позднее аргон нашел широкое использование в термической обработке легко окисляющихся металлов, в электроосветительных устройствах и т. д.

В 1868 г. астрономы обнаружили в солнечном спектре линии прежде неизвестного элемента, который был назван гелием.

В 1895 г. Рэмзи выделил гелий из некоторых земных веществ. Он оказался инертным газом в 7 раз легче воздуха. Первое практическое применение этого легкого и невоспламеняющегося газа было осуществлено в Германии во время первой мировой войны для наполнения дирижаблей (вместо водорода). В 1898 г. Рэмзи совместно с М. Траверсон открыл криптон, ксенон и неон. Эти инертные газы применяются главным образом в электротехнической промышленности для изготовления неоновых ламп.

Последним инертным газом явился радиоактивный радон, открытый Э. Дорном в 1900 г. Радон в наши дни применяется в медицине (радоновые ванны и т. п.).

В 1900 г. бельгийский химик Л. Эррер предложил свести эти «благородные», или инертные, газы в особую, нулевую группу периодической системы элементов.

Первым в нулевой группе был поставлен гелий. Сейчас весь вертикальный столбец, составивший нулевую группу, входит в VIII группу элементов.

Напомним, что в начале рассматриваемого нами периода убеждение в неизменности элементов было почти всеобщим. Но Менделеев предвидел, что это воззрение будет поколеблено.

«…Было бы весьма интересно, — писал он в 1898 г., — присутствовать при установке данных для доказательства превращения элементов друг в друга, потому что я тогда мог бы надеяться на то, что причина периодической законности будет открыта и понята». Это предвидение оправдалось.

Конец XIX и начало XX в. было временем открытия радиоактивности таких ранее известных тяжелых элементов, как уран и торий.

В 1900 г. Крукс открыл первый изотоп урана — уран-Х В 1913 г. Фаянс и Геринг доказали, что уран-Х превращается в новый изотоп (уран-Хг) в результате радиоактивного распада.

Радиоактивность тория была обнаружена супругами Кюри в 1898 г. В 1902 г. Резерфорд и Содди выделили изотоп тория (торий-А^).

В 1898 г. супруги Кюри открыли радий, а в 1902 г. выделили первые 0,1 г чистого препарата радия, определив его атомный вес — 225. В последующий период радий применялся как источник у-лучей для просвечивания металлических изделий, изготовления светящихся красок, а в медицине — для лечения злокачественных опухолей, кожных и других заболеваний.

В 1898 г. М. Склодовская-Кюри открыла другой радиоактивный элемент — полоний '. Он стал использоваться только в последние годы как нейтронный источник в ядерных реакторах.

В 1899 г. Добьёрн, сотрудник Кюри, открыл еще один радиоактивный элемент — актиний (от греческого слова «актис» — излучение). По имени этого элемента весь ряд радиоактивных трансурановых элементов получил потом название «актиноиды».

В 1903 г. Рэмзи доказал, что гелий — это продукт" радиоактивного распада радия.

В 1914 г. англичанин Ф. Содди теоретически обосновал открытия многочисленных разновидностей радиоактивных веществ, указав, что существуют элементы, почти не отличающиеся друг от друга по химическим свойствам и занимающие одно и то же место в периодической системе элементов, но различающиеся по своему атомному весу, — изотбпы. В 1915 г. Содди экспериментально получил радий из урана.

Дальнейшие исследования радиоактивности урана позволили сделать вывод, что актиний — это продукт одного из превращений урана и что могут существовать другие элементы уранового ряда. Подтверждение этому нашли австрийский физик Л. Майтнер (1878—1968) и немецкий химик О. Ган (1879—1968), открыв в 1917 г. протактиний.

Благодаря открытию радиоактивного распада элементов, созданию электронной теории и новой модели атома, сущность и значение периодического закона Менделеева предстали в новом свете. Было установлено, что порядковый (атомный) номер элемента в периодической системе (он обозначается «Z») имеет реальный физический и химический смысл: он соответствует общему числу электронов в слоях оболочки нейтрального атома элемента и положительному заряду ядра атома. В 1913—1914 гг. английский физик Г. Г. Дж. Мозли (1887—1915) обнаружил прямую связь между спектром рентгеновских лучей элемента и его порядковым числом.

К 1917 г. усилиями ученых разных стран было открыто 24 новых химических элемента, а именно: галлий (Ga), скандий (Sc), германий (Ge), фтор (F); лантаноиды: иттербий (Yb), гольмий (Но), тулий (Ти), самарий (Stn), гадолиний (Gd), празеодим (Рг), диспрозий (Dy), неодим (Nd), европий (Ей) и лютеций (Lu); инертные газы: гелий (Не), неон (Ne), аргон (Аг), криптон (Кг), ксенон (Хе) и радон (Rn) и радиоактивные элементы (к которым относился и радон): радий (Ra), полоний (Ро), актиний (Ас) и протактиний (Ра). Количество химических элементов в периодической системе Менделеева увеличилось с 63 в 1869 г. до 87 в 1917.