Читать книгу "Элементы: замечательный сон профессора Менделеева - Аркадий Курамшин"

Ион тербия +3 отличается радующим глаз зелёным флуоресцентным излучением (зелёное излучение появляется при облучении производных тербия ультрафиолетом с соответственно подобранной длиной волны). Человеческое зрение особенно чувствительно к зелёному цвету, и флуоресценцию тербия можно заметить даже при небольшом количестве его соединений. Эта особенность тербия делает его производные особенно полезными для производства цветных люминофоров.

Некоторые соединения тербия отличаются весьма экзотическим свойством — они способны к триболюминесценции — излучении света, возникающем при разрушении кристаллических тел, то есть, трещину в кристалле триболюминесцирующего вещества можно обнаружить по характерному свечению. Триболюминесценция производных тербия применяется в волоконно-оптических сенсорах, измеряющих степень механического воздействия на материал — давления, напряжения и вибраций разной природы. Предполагается разработка тербийсодержащих сенсоров, которые будут искать дефекты в крыльях и корпусе летательных аппаратов.

Тербийсодержащие соединения молекулярного строения активно применяются в молекулярной биологии и медицинской диагностики — длительность флуоресценции производных тербия больше, чем у органических флуоресцирующих материалов, к тому же для взаимодействия с тербием можно подобрать такие лиганды, которые будут способствовать тому, что флуоресцентное излучение будет появляться только при контакте с определёнными веществами (например люминесцентные сенсоры на основе тербия применяются для измерения концентрации кислорода в крови). Люминофоры с тербием также могут наноситься на банкноты и документы в качестве защитных меток (иногда совместно с европием), некоторые производные тербия вместе с гадолинием работают в магнитных холодильниках.

Находит применение и металлический тербий. Сплав тербия, железа и диспрозия, известный как терфенол-D, проявляет магнитострикционный эффект — меняет объём и линейные размеры при различной намагниченности. Терфенол используется и для изготовления сонаров подводных лодок, и развлечениях — выполненная на основе этого сплава игрушка «SoundBug» может превратить в динамик практически любую поверхность — стол или стену, заставляя их вибрировать соответствующим образом.

66. Диспрозий

Третий компонент терфенола-D, лантаноид диспрозий, стал ещё одним химическим элементом, который удалось открыть с помощью метода спектроскопии. Так уж получается, что изобретение нового метода или лабораторного устройства позволяло раз за разом находить похожие друг на друга объекты. Так, обнаружение инертных газов было бы невозможно без сосуда Дьюара, трансурановые элементы стали появляться один за другим благодаря созданию атомных реакторов и радиохимии, ну а лантаноиды обязаны своим открытием спектроскопу Бунзена и Кирхгофа.

В 1886 году Эмиль Лекок де Буабодран, уже открывший к тому времени галлий и выделивший самарий из минерала самарскита смог получить чистый оксид диспрозия, выделив его из оксида гольмия с помощью дробной кристаллизации, повторяя процедуры осаждения и растворения фракций около пятидесяти раз, каждый раз проверяя осадок на чистоту с помощью спектроскопии. Когда, наконец, чистый оксид нового элемента был выделен, де Буабодран назвал элемент диспрозием от греческого «диспрозитос» — трудно получить. Металлический диспрозий в 1906 году получил соотечественник Буабодрана Жорж Урбэн.

Близкие химические свойства лантаноидов затрудняли (как, впрочем, и затрудняют сейчас) их выделение и разделение, и можно было бы подумать, что и области применения этих металлов будут близки (хотя и такое есть — например, мишметалл). Однако практическое применение соединений того или иного элемента зависит от их свойств, зачастую магнитных или электронных, а эти свойства определяются числом электронов, которое для каждого лантаноида своё, а значит — каждый из этих внешне одинаковых элементов может решать «свою персональную» задачу.

Так происходит и с диспрозием — йодид диспрозия совместно с йодидом цезия и бромидом ртути применяется в осветительных металлогалогеновых лампах. Это газоразрядные лампы, в которых основным источником света является йодид диспрозия, излучающий в широком диапазоне частот, что приближает излучаемый свет по свойствам к дневному солнечному свету, йодид цезия «калибрует» излучение диспрозия, заставляя лампу светить более тёплым иди более холодным светом, а бромид ртути замедляет коррозию металлических электродов лампы. Первоначально такие источники света применялись в киностудиях, где с их помощью можно было задать нужную «температуру цвета» при съёмках, но сейчас металлогалогеновые лампы светят в автомобильных фарах и обычных квартирных светильниках.

Диспрозий, как и другие лантаноиды отличается большим количеством неспаренных электронов, что придаёт металлу и его ионам высокую магнитную восприимчивость, что позволяет применять их в устройствах для записи информации. Диспрозий используется в дозиметрах для измерения ионизирующего излучения. Для этого кристаллы сульфата кальция или фторида кальция легируются диспрозием. При воздействии излучения на легированные кристаллы атомы диспрозия возбуждаются и начинают люминесцировать, а интенсивность люминесценции указывает на интенсивность ионизирующего излучения.

67. Гольмий

Электрические и магнитные поля очень похожи. Уравнения электрического и магнитного поля, установленные Дж. Максвеллом для обоих полей, отличаются одинаковой формой. Однако между электричеством и магнетизмом имеется большое различие. Существуют частицы — носители положительных и отрицательных зарядов, они создают в окружающем пространстве электрическое поле.

А вот магнитные заряды, ни положительные, ни отрицательные, никогда не наблюдались по отдельности — магнит всегда имеет два равных по величине полюса на двух своих концах — положительный и отрицательный, и магнитное поле вокруг него есть результат действия обоих полюсов. Тем не менее, законы физики допускают существование частиц с одним магнитным полюсом — магнитных монополей и дают для них определённые уравнения поля и уравнения движения, и физики до сих пор продолжают поиск магнитного монополя. Подтверждение существования такой частицы, предсказанной лауреатом Нобелевской Премии по физике 1933 года Полем Дираком, значительно укрепило бы позиции единой физической теории пространства — времени, материи и поля. Направлений поиска магнитных монополей много, и на одно из этих направлений указывает серебристо-серый металл — гольмий.

Гольмий был открыт в 1879 году швейцарским химиком Жаком-Луи Сорэ, который, исследуя образец оксида эрбия, обнаружил раздвоение спектральных линий и понял, что в пробе находится еще один элемент. В том же году швед Пер Теодор Клеве выделил из другого образца оксида эрбия, выделенного из минерала, обнаруженного под Стокгольмом, некоторое количество окрашенных в оранжевый цвет солей элемента, спектральные свойства которого совпадали со свойствами элемента, найденного Сорэ. Клеве предложил назвать новый элемент гольмием в честь древнего латинского названия столицы Швеции Стокгольма (Holmia). Соли гольмия, как и многих других лантаноидов, являются хорошими поглотителями нейтронов и могут использоваться в атомной энергетике, однако наиболее интересное свойство гольмия — его парамагнетизм, который объясняется наличием неспаренных электронов.