Лантаноиды

Век разделения

История лантаноидов начинается в 1787 году с чёрного камня из карьера в Иттерби под Стокгольмом. В 1794 году Юхан Гадолин обнаружил в нём новую землю, и за последующие 120 лет химики выяснили, что эта земля, как и другая, получившая название цериевой, — смесь более чем десятка почти одинаковых элементов.

Чтобы разделить их, одно и то же вещество приходилось растворять и перекристаллизовывать сотни и тысячи раз, и каждый шаг лишь чуть-чуть обогащал образец одним из элементов. Многие заявленные открытия оказались смесями. Только после рентгеновских работ Генри Мозли в 1913 году химики смогли точно сказать, сколько должно быть лантаноидов.

Почему они так похожи

При движении от лантана к лютецию каждый новый электрон попадает на 4f-подуровень, глубоко скрытый внутри атома под внешними электронами. Внешние электроны, от которых зависит химическое поведение, почти не меняются, поэтому лантаноиды ведут себя практически одинаково и почти все образуют ионы 3+.

Впрочем, 4f-электроны не совсем незаметны. Они придают многим ионам лантаноидов чистую окраску и сильный магнетизм, а также немного уменьшают размер атомов вдоль ряда. Этот эффект, называемый лантаноидным сжатием, влияет и на химию элементов, расположенных под ними.

Редкие земли в современных технологиях

Вопреки названию, большинство редкоземельных элементов вовсе не редки: церия в земной коре примерно столько же, сколько меди. «Редкие» они в том смысле, что рассеяны и их трудно сконцентрировать и очистить. Сегодня без них не обходятся современные технологии.

• Неодим с добавкой диспрозия: самые мощные постоянные магниты — в двигателях электромобилей, ветрогенераторах и наушниках
• Европий и тербий: красные и зелёные люминофоры в экранах и энергосберегающих лампах
• Эрбий: усилители в оптоволоконных кабелях, по которым передаётся интернет
• Церий: полировка стекла и каталитические нейтрализаторы
• Гадолиний: контрастные вещества для МРТ

Добыча и поставки

Бóльшая часть мировых редкоземельных металлов добывается и перерабатывается в Китае, что делает их предметом стратегической озабоченности для многих стран. После их добычи могут оставаться радиоактивные отходы с торием и ураном, поэтому сейчас разрабатываются новые источники и методы переработки, снижающие и экологические риски, и риски перебоев в поставках.