Реферат: История открытия редких химических элементов
Иттербий, Ytterbium, Yb (70)
Открытию иттербия предшествовало более чем столетнее исследование минералов, содержащих редкоземельные элементы, в частности гадолинита. В 1787 г. любитель- минералог Аррениус нашел около местечка Иттерби близ Стокгольма черный камень, названный им иттербитом. В 1794 г. Гадолин подверг минерал химическому анализу и обнаружил наличие в нем новых земель (окислов неизвестных металлов); после этого минерал получил название гадолинит. Тремя годами позже Экеберг продолжил исследование гадолинита и установил, что в нем содержится бериллиевая земля и еще одна неизвестная, которую он назвал иттрия. Более детальному анализу эта земля была подвергнута лишь 50 лет спустя (1843) Мозандером, выделившим из нее еще две новые земли - эрбию и тербию. Результаты, полученные Мозандером, оспаривались несколько десятилетий. Лишь с помощью спектрального анализа удалось выяснить, что эрбия и тербия Мозандера представляют собой смесь нескольких земель. В 1878 г. Мариньяк выделил, наконец, из гадолинита индивидуальную землю, которую спектроскопически подтвердил Лекок де Буабодран. Ее назвали иттербия, а соответствующий элемент иттербием. Однако уже год спустя (1879) Нильсон разделил иттербию Мариньяка на две земли - иттербию и скандию, а затем оказалось, что и иттербия Нильсона тоже состоит из двух земель. Разделить их удалось Ауэру фон Вельсбаху в 1907 г., содержащиеся в землях элементы он назвал альдебаранием (Aldebaranium) и кассиопеем (Cassiopeium). Наконец, в этом же году Урбэн разделил иттербию Нильсона на две земли с элементами нео-иттербий и лютеций. Неоиттербий был включен в список элементов под названием иттербий. Таким образом, начиная с исследований Мариньяка, именем иттербия ошибочно называли сложные смеси земель, содержащих этот элемент.
Лютеций, Lutetium, Lu (71)
Открытие лютеция (англ. Lutecium, франц. Lutecium, нем. Lutetium) связано с исследованием земли иттербии. История открытия сложна и длительна. Мозандер выделил из иттриевой земли эрбиевую землю (эрбию), а спустя 25 лет, в 1878 г., Мариньяк показал, что в гадолините наряду с эрбией существует еще одна земля, названная им иттербией. В следующем году Нильсон выделил из иттербии землю скандию, содержащую элемент скандий. Затем исследованиями иттербии не занимались до 1905 г., когда Урбэн, а немного спустя, Ауэр фон Вельсбах сообщили, что в иттербии Мариньяка есть еще две новые земли, одна из которых содержит элемент лютеций (Lutetium), а другая - элемент неоиттербий (Neoytterbium).
Ауэр фон Вельсбах назвал эти же элементы соответственно кассиопеем (Cassiopeium) и альдебаранием (Aldebaranium). Ряд лет в химической литературе употреблялись и те, и другие названия. В 1914 г. Международная комиссия по атомным весам вынесла решение принять для элемента 71 название лютеций, а для элемента 70 - иттербий. Слово лютеций Урбэн произвел от лютеция (Lutetia) - древнее латинское название Парижа (Lutetia Parisorum). В русской литературе до 1940 г. иногда вместо лютеций писали лутеций.
Как и в случае у лантаноидов, у элементов семейства актиноидов происходит заполнение 3-го снаружи электронного слоя.
Торий, Thorium, Th(90)
Торий получил название за 15 лет до того, как был открыт. В 1815 г. Берцелиус, анализируя один редкий минерал из округа Фалюн в Швеции, пришел к заключению, что в нем содержится новый металл, который Берцелиус поспешил наименовать торием. И хотя это заключение было совершенно ошибочным, в те времена мало кто мог оспаривать результаты анализа, сделанного столь авторитетным ученым. Ошибку обнаружил 10 лет спустя сам Берцелиус. Оказалось то, что он принял за окисел нового металла, было основным фосфатом иттрия. Однако название торий оказалось весьма живучим. В 1828 г. Берцелиус получил из Норвегии образец минерала, найденного в сиенитах на острове Левен. Черный тяжелый мягкий минерал (он легко резался ножом) был похож на гадолинит и в нем можно было подозревать присутствие тантала. По просьбе норвежских ученых отца и сына Эсмарк Берцелиус сделал анализ минерала и обнаружил, что он состоит из кремнезема и окисла неизвестного металла, который вновь получил название торий (Thorium) от имени древнескандинавского божества Тора. Эсмарки предложили назвать новый минерал в честь Берцелиуса берцелитом, но сам Берцелиус дал ему общепринятое название торит (силикат тория). Попытки Берцелиуса выделить торий в металлическом виде не увенчались успехом. Это сделал Нильсон в 1882 г. Долгое время торий не привлекал к себе особого внимания химиков и лишь после открытия радиоактивности началась новая страница истории тория. После 1898 г., когда Кюри-Склодовская и Шмидт (Мюнстер) обнаружили независимо друг от друга радиоактивность тория, начались многочисленные исследования, приведшие к открытию ряда продуктов радиоактивного распада тория. В 1902 г. Резерфорд и Содди выделили из раствора ториевой соли продукт, названный ими торием-Х; в 1905 г. Ган, работавший у Рамзая, открыл радиоторий в минерале торините из Цейлона; в 1907 г. он же открыл один из продуктов распада тория - мезоторий (мезоторий-I и мезоторий-П); позже были открыты и другие члены ториевого ряда. В русской литературе первых десятилетий XIX в. название торий встречается еще до открытия зтого металла. Так, у Двигубского (1822) говорится о ториновой земле, у Соловьева (1824) - о торинии, у Страхова (1825) - о торине, встречаются также названия тор, торинум. Начиная с Щеглова (1830) в русской химической литературе обычно употребляется название торий.
Протактиний, Protactinium, Ра (91)
В результате расширения исследований радиоактивных превращений урана становилось все очевиднее, что актиний является продуктом одного из таких превращений. В частности, это подтверждалось постоянством отношения актиний: уран в урановых минералах. Однако установить последовательность превращений и найти звенья цепи образования актиния удалось не сразу. Содди, Руссель и Фаянс независимо друг от друга предсказали существование радиоактивного элемента - члена уранового ряда, который как аналог тантала (эка-тантал) должен занять пустующую клетку ниже ванадия. И действительно, в 1917 г. Мейтнер, а год спустя Содди, Крэнстон и Флэкк открыли элемент 91, который оказался первым в ряду актиния, образуя актиний в результате аlfa-излучения. Элемент наименовали протактинием от греч.первый, исходный, начальный и актиний. Название это фиксирует тот факт, что протактиний является исходным элементом в ряду образования актиния. В 1927 г. Гроссе впервые выделил несколько миллиграмм чистой пятиокиси протактиния (Ра2 О5 )
Уран, Uranum, U (92)
В Богемии (Чехословакия) с давних пор производилась добыча полиметаллических руд. Среди руд и минералов горняки часто обнаруживали черный тяжелый минерал, так называемую смоляную обманку (Pechblende). В XVIII в. полагали, что этот минерал содержит цинк и железо, однако точных данных о его составе не было. Первым исследованием смоляной обманки занялся в 1789 г. немецкий химик-аналитик Клапрот. Он начал со сплавления минерала с едким кали в серебряном тигле; этот способ Клапрот разработал незадолго до этого, чтобы переводить в раствор силикаты и другие нерастворимые вещества. Однако продукт сплавления минерала растворялся не полностью. Отсюда Клапрот пришел к выводу, что в минерале нет ни молибдена, ни вольфрама, есть какая-то неизвестная субстанция, содержащая новый металл. Клапрот попробовал растворить минерал в азотной кислоте и царской водке. В остатке от растворения он обнаружил кремниевую кислоту и немного серы, а из раствора через некоторое время выпали красивые светлые зеленовато-желтые кристаллы в виде шестигранных пластинок. Под действием желтой кровяной соли из раствора этих кристаллов выпадал коричнево-красный осадок, легко отличимый от подобных осадков меди и молибдена. Клапроту пришлось много потрудиться, прежде чем ему удалось выделить чистый металл. Он восстанавливал окисел бурой, углем и льняным маслом, но во всех случаях при нагревании смеси образовывался черный порошок. Только в результате вторичной обработки этого порошка (нагревание в смеси с бурой и углем) получилась спекшаяся масса с вкрапленными в нее маленькими зернами металла. Клапрот назвал новый металл ураном (Uranium) в ознаменование того, что исследование этого металла почти совпало по времени с открытием планеты Уран (1781). По поводу этого названия Клапрот пишет: "ранее признавалось существование лишь семи планет, соответствовавших семи металлам, которые и обозначались знаками планет. В связи с этим целесообразно, следуя традиции, назвать новый металл именем вновь открытой планеты. Слово уран происходит от греч.- небо и, таким образом, может означать "небесный металл". Смоляную обманку Клапрот переименовал в "урановую смолку". Чистый металлический уран получил впервые Пелиго в 1840 г. Долгое время химики располагали солями урана в очень небольших количествах; их использовали для получения красок и в фотографии. Исследования урана хотя и велись, но мало что прибавляли к тому, что установил Клапрот. Атомный вес урана принимали равным 120 до тех пор, пока Менделеев предложил удвоить эту величину. После 1896 г., когда Беккерель открыл явление радиоактивности, уран вызвал глубочайший интерес и химиков и физиков. Беккерель обнаружил, что двойная соль калийуранилсульфат оказывает действие на фотографическую пластинку, завернутую в черную бумагу, т. е. испускает какие-то лучи. Супруги Кюри, а затем и другие ученые продолжили исследования Беккереля, в результате чего были открыты радиоактивные элементы (радий, полоний и актиний) и множество радиоактивных изотопов тяжелых элементов. В 1900 г. Крукс открыл первый изотоп урана - уран-Х, затем были открыты другие изотопы, названные уран-I и уран-II. В 1913 г. Фаянс и Геринг показали, что в результате beta-излучения, уран-Х1 превращается в новый элемент (изотоп), названный ими бревием; позже его стали именовать ураном-Х2 . К нашему времени открыты все члены ураново-радиевого ряда радиоактивного распада.
Нептуний, Neptunium, Np (93)
Открытый в 1940 г. нептуний был первым искусственно полученным трансурановым элементом. В 30-х годах велись интенсивные исследования искусственных радиоактивных веществ, в частности, продуктов бомбардировки нейтронами урана. Химический анализ этих продуктов приводил к выводу о существовании элементов тяжелее урана. В 1939 г. Мак-Миллан в продуктах облучения урана нейтронами открыл радиоактивный изотоп с периодом полураспада 2,3 суток. Затем изотоп исследовал Сегрэ, который установил, что его свойства подобны свойствам редкоземельных элементов. В мае 1940 г. Мак-Миллан и Абельсон изучили реакцию образования изотопа: уран - 238 путем захвата нейтрона превращается в уран - 239 (период полураспада 23 мин.), который в свою очередь превращается в нептуний-239. Название "нептуний" дано новому элементу потому, что он следует за ураном в соответствии с расположением планет в солнечной системе. В 1942 г. был открыт другой изотоп - нептуний-237 (Сиборг и Валь), распадающийся с аlfa-излучением (период полураспада 2,25 млн. лет). Символ Np предложен в 1948 г.
Плутоний, Plutonium, Pu (94)
Плутоний был открыт в конце 1940 г. в Калифорнийском университете. Его синтезировали Мак-Миллан, Кеннеди и Валь, бомбардируя окись урана (U3 O8 ) сильно ускоренными в циклотроне ядрами дейтерия (дейтронами). Позднее было установлено, что при этой ядерной реакции сначала получается короткоживущий изотоп нептуний-238, а из него уже плутоний-238 с периодом полураспада около 50 лет. Годом позже Кеннеди, Сиборг, Сегрэ и Валь синтезировали более важный изотоп - плутоний-239 посредством облучения урана сильно ускоренными в циклотроне нейтронами. Плутоний-239 образуется при распаде нептуния-239; он испускает alfa-лучи и имеет период полураспада 24 000 лет. Чистое соединение плутония впервые получено в 1942 г. Затем стало известно, что существует природный плутоний, обнаруженный в урановых рудах, в частности в рудах, залегающих в Конго.
Название элемента было предложено в 1948 г.: Мак-Миллан назвал первый трансурановый элемент нептунием в связи с тем, что планета Нептун - первая за Ураном. По аналогии элемент 94 решили назвать плутонием, так как планета Плутон является второй за Ураном. Плутон, открытый в 1930 г., получил свое название от имени бога Плутона - властителя подземного царства по греческой мифологии. В начале XIX в. Кларк предлагал наименовать плутонием элемент барий, производя это название непосредственно от имени бога Плутона, но его предложение не было принято.
Америций, Аmericium, Аm (95)
Этот элемент получен искусственно путем облучения плутония нейтронами в конце 1944 г. в Металлургической лаборатории Чикагского университета Сиборгом, Джеймсом и Морганом. С открытием америция стало очевидно, что тяжелые трансурановые элементы образуют семейство, подобное семейству редкоземельных элементов - лантаноидов. При этом от элемента к элементу постепенно заполняется электронная 5f-оболочка, точно так же, как у лантаноидов заполняется 4f-оболочка. Америций содержит шесть 5f-электронов, и в этом отношении он подобен европию, тоже содержащему шесть 4f-электронов. На этом основании и было предложено название америций в честь Америки, так же как европий был назван в честь Европы.
Кюрий, Curium, Сm (96)
Кюрий, принадлежащий к группе актиноидов, был открыт (синтезирован) в 1944 г. в Металлургической лаборатории Чикагского университета Сиборгом и др. путем бомбардировки плутония ионами гелия. Через три года было получено чистое химическое соединение - гидроксид кюрия. Название новому элементу дано в честь супругов Кюри по аналогии с названием редкоземельного элемента гадолиния, имеющего похожее строение электронных оболочек. В символе Cm начальная буква обозначает фамилию Кюри, а вторая - имя Марии Кюри-Склодовской.
Беркелий, Berkelium, Bk (97)
Открыт в декабре 1949 г. Томпсоном, Гиорсо и Сиборгом в Калифорнийском университете в Беркли. При облучении 241 Am alfa-частицами они получили изотоп беркелия 243 Вk. Поскольку Bk обладает структурным сходством с тербием, получившим свое название от имени г. Иттерби в Швеции, и американские ученые назвали свой элемент по имени г. Беркли. В русской литературе часто встречается название берклий.
Калифорний, Californium, Cf (98)
Этот трансурановый элемент впервые был получен в феврале 1950 г. бомбардировкой микрограммовых количеств кюрия alfa-частицами. Честь его открытия принадлежит Томпсону, Стриту, Гиорсо и Сиборгу. Элемент, идентифицированный на ничтожном количестве исследуемого материала (около 5000 атомов), назван по имени штата Калифорния, в университете которого он был открыт. Кроме того, во внимание принято соответствие между свойствами калифорния и редкоземельного элемента диспрозия. Авторы открытия сообщили, что "диспрозий назван на основе греческого слова, означающего труднодоступный; открытие другого (соответствующего) элемента столетие спустя оказалось также труднодоступным в Калифорнии".
Эйнштейний, Einsteinium, Еs (99)
Открытие эйнштейния почти одновременно с фермием является результатом исследований продуктов взрыва термоядерного устройства, произведенного американцами в Тихом океане в ноябре 1952 г. (операция "Майк"). Было установлено, что в продуктах взрыва содержатся особенно тяжелые ядра урана и плутония, в том числе 224 Pu и 246 Pu. Образование таких ядер могло быть лишь результатом мгновенного захвата ядрами 238 U нескольких нейтронов (от 6 до 17!). Это давало основание предположить, что одновременно с тяжелыми изотопами урана и плутония могли образоваться ядра элементов с атомным номером больше 98. Действительно, при разделении продуктов взрыва обнаружилось присутствие нового тяжелого элемента, и после переработки большого количества коралловых от?