А сможет ли природа
удовлетворить потребности человечества в этом металле?
  Большинство минералов стронция встречается довольно редко; лишь уже
знакомый нам стронцианит и целестин (по-латыни - "небесный") образуют
иногда солидные скопления. Вот как описывает свою встречу с целестином
замечательный советский геохимик и минералог академик А. Е. Ферсман:
"...вдруг в одном разломанном желвачке я увидел какой-то голубой
кристаллик: о, это был настоящий целестин! Чудесная прозрачная голубая
иголочка, как светлый сапфир с острова Цейлон, как светлый, выгоревший на
солнце василек".
  Но целестин бывает не только голубым - не менее чудесны его
нежно-фиолетовые, розоватые или дымчато-черные кристаллы, встречающиеся в
пустотах горных пород. Необыкновенно красивы зеленоватые россыпи его
мелких зерен на друзах янтарно-желтой серы.
  Пути образования в природе целестина (он представляет собой сернокислую
соль стронция) различны, и, чтобы поведать об одном из них, мы снова
предоставим слово академику А. Е. Ферсману, поскольку вряд ли кто-нибудь
сможет рассказать об этом интереснее и поэтичнее, чем он:
  "...Давно-давно, несколько десятков миллионов лет тому назад верхнеюрское
море докатывало свои волны до мощных, тогда уже существовавших Кавказских
хребтов...
  На дне прибрежной полосы, на камнях в бесчисленных количествах жили
маленькие радиолярии; некоторые из них были прозрачны, как стекло,..
другие представляли собой мелкие белые шарики не больше одного миллиметра,
с маленьким стебельком, в три раза большим, чем туловище. Они сидели на
камнях, на красивых зарослях мшанок, а иногда покрывали даже иглы морских
ежей, путешествуя с ними по морскому дну.
  Это были знаменитые радиолярии-акантарии, скелеты которых состояли из
иголочек, числом от 18 до 32. Долгое время никто не знал, из чего они
образованы, и только случайно было обнаружено, что они состоят не из
кремнезема, не из опала, а из сернокислого стронция. Эти бесчисленные
радиолярии накапливали в сложном жизненном процессе соль сернокислого
стронция, извлекая ее из морской воды, и постепенно строили свои
кристаллические иголочки.
  Отмирающие радиолярии падали на дно моря. Так было положено начало
скоплениям одного из редких металлов..."
Добавим, что не только радиолярии, но и другие морские организмы
неравнодушны к стронцию: ученые находили спиральные раковины давно
вымерших моллюсков, состоящие из целестина. Некоторые из них достигали
внушительных размеров - до 40 сантиметров в поперечнике.
  В природе имеются довольно крупные так называемые вулканогенно-осадочные
месторождения стронция, например в пустынях Калифорнии и Аризоны в США.
(Кстати, замечено, что стронций "любит" жаркий климат, поэтому в северных
странах он встречается гораздо реже.). В третичную эпоху этот район был
ареной бурной вулканической деятельности.
  Термальные воды, поднимавшиеся вместе с лавой из земных недр, были богаты
стронцием. Расположенные среди вулканов озера накапливали этот элемент,
образуя за тысячелетия весьма солидные его запасы.
  Есть стронций и в водах Кара-Богаз-Гола. Постоянное испарение вод залива
приводит к тому, что концентрация солей непрерывно возрастает и наконец
достигает точки насыщения - соли выпадают в осадок. Содержание стронция в
этих осадках иногда составляет 1-2 %.
  Несколько лет назад геологи обнаружили значительное месторождение
целестина в горах Туркмении. Голубые пласты этого ценного минерала
залегают на склонах ущелий и глубоких каньонов Куштангтау-горного хребта в
юго-западной части Памиро-Алая. Нет сомнения, что туркменский "небесный"
камень успешно послужит нашему народному хозяйству.
  ...Природе не свойственна торопливость: сейчас человек использует запасы
стронция, которые она начала создавать миллионы лет назад. Но и сегодня в
глубинах земли, в толще морей и океанов происходят сложные химические
процессы, возникают скопления ценных элементов, рождаются новые клады, но
достанутся они уже не нам, а нашим далеким-далеким потомкам.

  НАХОДКА В ЗАБРОШЕННОМ КАРЬЕРЕ (ИТТРИЙ)

  Звездный час Аррениуса. - Загадочная примесь. - Урожайные годы. - Почему
пожелтела земля? - Запись в биографии. - "Скрытый" становится открытым. -
В порядке очереди. - "Трио" Мосандера. - Редкоземельная "лихорадка". -
Альдебараний и Кё. - 15 тысяч кристаллизаций. - Хата с краю. - Почти
однофамильцы. - "Жилищная проблема". - Что выяснилось за два столетия? -
Лампа зажигается спичкой. - "Окна" ракет. - Прогресс в цветном
телевидении. - "Витамин" для чугуна. - Редки ли редкоземельные? - В честь
Юрия Гагарина.

  В 1787 году лейтенант шведской армии Карл Аррениус решил провести летний
отпуск в местечке Иттербю, расположенном на одном из многочисленных
островков вблизи столицы Швеции Стокгольма. Выбор был сделан не случайно:
страстный любитель минералогии, Аррениус знал, что в окрестностях Иттербю
есть отслуживший свой век и потому давно заброшенный карьер - он-то и
манил молодого офицера, надеявшегося пополнить свою коллекцию минералов.
День за днем Аррениус тщательно обследовал все новые и новые участки
карьера, но похвастать ему долгое время было нечем. И вот, наконец, пришла
удача: найден черный тяжелый камень, похожий на каменный уголь. Такая
находка уже чего-то стоила. Радости Аррениуса не было пределов, но мог ли
он тогда предположить, что этот невзрачный на вид минерал сыграет огромную
роль в истории неорганической химии, а заодно впишет в нее имя своего
первооткрывателя?
  Отпуск подошел к концу. Вернувшись домой, Аррениус составил описание
минерала, дал ему без долгих раздумий название "иттербит" (в честь
местечка, где тот был найден) и вновь приступил к несению военной службы.
Время от времени он продолжал заниматься минералогическими поисками, но
звездный час его был уже позади.
  В 1794 году иттербитом заинтересовался финский химик Юхан Гадолин,
профессор университета в Або (ныне Турку). И для него черный камень из-под
Иттербю оказался счастливым, во многом определив направление дальнейшей
научной деятельности этого крупного ученого (в 1811 году он был избран
членом-корреспондентом Петербургской академии наук). Гадолин подверг
минерал химическому анализу и обнаружил в нем, наряду с окислами железа,
кальция, магния и кремния довольно большое количество (38 %) неизвестной
примеси, напоминавшей отчасти окись алюминия, отчасти окись кальция.
Ученый пришел к выводу, что им открыта окись нового химического элемента,
или, как тогда было принято говорить, новая "земля" (так прежде называли
тугоплавкие, нерастворимые в воде окислы некоторых элементов).
  Спустя три года исследованием иттербита занялся шведский химик Андрес
Экеберг, профессор Упсальского университета. Он подтвердил выводы своего
финского коллеги с той лишь разницей, что, по его мнению, на долю нового
вещества приходилось не 38, а 55,5%. Экеберг предложил назвать неведомую
землю иттриевой, а иттербит переименовать в гадолинит в знак уважения к
большим научным заслугам Гадолина - первого исследователя этого минерала.
  Интерес ученых к иттриевой земле рос как на дрожжах. Многочисленные
исследования, проведенные в разных странах, подтверждали присутствие в
гадолините нового элемента (правда, количественные характеристики, как
правило, оказывались различными). Но никому из химиков, "бороздивших"
вдоль и поперек иттриевую землю, до поры до времени не приходило в голову,
что в ней прячется не один, а сразу несколько незнакомцев - окислов
неизвестных науке элементов.
  Такой же сложной по составу оказалась цериевая земля, открытая в 1803
году. Как выяснилось позднее, в этих двух веществах "проживали" почти все
элементы, которые располагаются сегодня в таблице Менделеева под номерами
57-71 и называются лантаноидами, а вместе со своими ближайшими
"родственниками" скандием (ј 21) и иттрием (ј 39) образуют семью
редкоземельных металлов. Но для того, чтобы разделить эти земли на
составные части и открыть все входящие в их состав элементы, ученым
потребовалось целое столетие.
  Начало XIX века ознаменовалось появлением на свет большого числа новых
элементов. В эти годы были открыты палладий и родий, осмий и иридий, калий
и натрий, барий и стронций, кальций и магний, литий и кадмий. Эти и другие
"новорожденные" приковали к себе внимание химиков, а интерес к иттриевой и
цериевой землям заметно упал.
  Пожалуй, лишь знаменитый шведский химик Йенс Якоб Берцелиус и его ученики
не теряли из вида редкие земли. В 1818 году один из помощников Берцелиуса
Шерер обнаружил, что при нагревании иттриевой земли в закрытой склянке
бесцветный порошок вдруг приобретал странную желтизну, которая исчезала
лишь после того, как процесс повторялся в восстановительной атмосфере. Это
навело Шерера на мысль, что в исходном препарате, наряду с окисью иттрия,
содержится неизвестный окисел - он-то и наводил желтый "грим" на иттриевую
землю. Подобные мысли кое-кто высказывал и раньше, но дальше предположений
дело не шло. Шерер тоже не сумел экспериментально подтвердить свою идею.
  Прошло несколько лет, и в биографии иттрия появилась новая запись: 1828
год - немецкий ученый Фридрих Велер (кстати сказать, тоже ученик
Берцелиуса) впервые получил металлический иттрий. И хотя металл был сильно
загрязнен примесями, это событие расценивалось как значительный успех
Велера, поскольку выделение любого редкоземельного элемента из химических
соединений - по сей день необычайно трудоемкая и сложная задача.
  Следующую страницу в историю иттрия (а точнее, в историю всех
редкоземельных элементов, ибо их судьбы теснейшим образом переплелись)
вписал еще один ученик Берцелиуса - талантливый шведский химик Карл
Мосандер. Еще в 1826 году он всерьез увлекся исследованием цериевой земли
и вскоре сделал вывод о том, что в ней, как и в иттриевой, может
содержаться другой, еще неизвестный окисел. Однако Мосандер не был
любителем скоропалительных категорических суждений, а выделить новую землю
он тогда не сумел. На какое-то время другие дела отвлекли его от изучения
окислов церия, и лишь в конце 30-х годов стрелка компаса научных интересов
ученого вновь повернулась в сторону редкоземельного "полюса".
  Сначала он повторил свои опыты с цериевой землей и теперь уже сумел
доказать, что в ней скрывается окись другого элемента. По предложению
Берцелиуса Мосандер назвал его лантаном - по-гречески "скрытый". Лантан
действительно долго скрывался под прикрытием церия, но зато впоследствии
он не только гостеприимно приютил в своем "доме" всех редкоземельных
родственников, но и дал им право именоваться лантаноидами.
  Кроме окиси лантана, Мосандер обнаружил в цериевой земле еще одну землю; в
дальнейшем выяснилось, что и она имела сложный состав, и из нее в конце
концов удалось выделить несколько редкоземельных элементов. Теперь настал
черед иттриевой земли. Мосандер помнил о ее "желтых днях" в экспериментах
Шерера. Не забыл он и о том, что данные о содержании окиси иттрия в
гадолините заметно различались в опытах Гадолина, Экеберга и многих других
исследователей, несмотря на сходные методы анализа. Тут было над чем
поломать голову, тем более, что даже сам Берцелиус не смог дать этим
расхождениям подходящего объяснения. Но с чего начать?
  Прежде всего Мосандер постарался получить как можно более чистую окись
иттрия. При этом ученый не довольствовался только теми методами, которыми
располагала в ту пору наука: специально для своих опытов он разработал
новые методы, впоследствии прочно вошедшие в арсенал химии редкоземельных
элементов. Для "расщепления" иттриевой земли Мосандер использовал так
называемое дробное (или фракционированное) осаждение, в основе которого
лежало незначительное различие в растворимости солей редкоземельных
элементов в кислотах. Если иттриевая земля представляет собой смесь
окислов, то они должны выпадать в осадок не одновременно, а по очереди,
обусловленной их разной основностью, а следовательно, и разной
растворимостью.
  Проходили дни, недели, месяцы. Буквально по каплям добавлял ученый к
гидроокиси иттрия оксалат калия, аммиак и другие реактивы. Один
скрупулезный опыт сменялся другим. И вот, наконец, в октябре 1843 года
Мосандер опубликовал в "Философском журнале" результаты своей работы. Из
иттриевой земли ему удалось выделить три окисла: сначала выпадал желтый
осадок, затем розоватый и в последнюю очередь - бесцветный. Названия,
которые дал Мосандер этим окислам и соответствующим им элементам, как бы
символизировали разделение исходной земли, обнаруженной в минерале из-под
Иттербю: от начальной части названия этой шведской деревушки "итт"
получила свое имя бесцветная окись - иттрия, от "тер" - желтая, ставшая
тербией, и от "эрб" - розоватая, именовавшаяся отныне эрбией.
  Но на этом ставить точку было еще рано: вокруг "трио" Мосандера
развернулась оживленная полемика, в которой участвовали многие крупные
химики. Одни сомневались в существовании вновь открытых земель, другие,
напротив, утверждали, что эти земли в свою очередь должны быть разделены
на самостоятельные "территории", принадлежащие неизвестным пока элементам.
Истина лежала между этими крайними точками зрения: эрбиевая земля
действительно оказалась смесью окислов. В 1878 году швейцарский химик Жан
Мариньяк разделил ее на две части - эрбию и иттербию (названную в честь
все той же шведской деревушки). Но, как вскоре выяснилось, каждая из этих
земель была... тоже смесью окислов.
  Дробление земель продолжалось, семья редкоземельных элементов пополнялась
новыми членами. В те годы интерес к редким землям резко возрос. Немалую
роль сыграл в этом разработанный в 1860 году немецкими учеными Робертом
Бунзеном и Густавом Кирхгофом спектральный метод анализа, значительно
расширивший возможности проникновения в тайны вещества.
  Подобно тому как во времена золотых лихорадок тысячи любителей наживы
устремлялись в Калифорнию и Клондайк, в последней четверти прошлого века
на берега архипелага редких земель высадился многочисленный десант ученых
- искателей химических кладов. Открытия новых редкоземельных металлов
посыпались как из рога изобилия, но, увы, подавляющему большинству из них
(а всего их оказалось свыше ста) не хватало требуемых "документов" для
постоянной прописки в таблице элементов. Зато какие красивые имена
давались новорожденным их счастливыми "родителями": филиппий и деципий,
демоний и метацерий, дамарий и люций, космий и неокосмий, глаукодим и
викторий, эвксений и каролиний, инкогнитий и кассиопей и даже
альдебараний. Теперь эти звучные названия можно найти лишь в списках
ложнооткрытых химических элементов...
  Но, разумеется, были и удачи. Из эрбиевой земли, наряду с самим эрбием,
были получены тулий, гольмий и диспрозий, а из иттербиевой земли, кроме
иттербия, еще скандий и лютеций. Характерная деталь: для выделения лютеция
французскому химику Жоржу Урбену пришлось выполнить более 15 тысяч
кристаллизаций. Так неохотно природа раскрывала науке свои секреты.
Интересно, что лютеций оказался последним редкоземельным элементом как по
времени открытия (он "вошел в строй" в 1907 году), так и по положению в
ряду лантаноидов. Если вы посмотрите на таблицу элементов, то увидите, что
лютеций вполне резонно может заявить: "Моя хата с краю".
  Итак, все редкоземельные металлы открыты. Подведем некоторые итоги.
Крохотное шведское селение Иттербю, где когда-то Аррениус нашел черный
камень, дало имена четырем химическим элементам - иттрию, тербию, эрбию и
иттербию. Ни один материк, ни одно государство, ни одна столица не
удостоились такой чести. Стал своеобразным рекордсменом и черный минерал
гадолинит (иттербит): он оказался "камерой хранения" чуть ли не десятка
новых элементов, которые были извлечены из иттриевой земли, впервые
обнаруженной в иттербите.
  Иттрий и другие редкоземельные металлы доставили немало хлопот Д. И.
Менделееву, когда тот выписывал "ордера" для заселения построенной им
периодической таблицы. К моменту открытия важнейшего закона химии науке
были известны шесть редкоземельных элементов. Подобрать для каждого из них
подходящее место в таблице оказалось весьма сложно из-за их удивительного
химического сходства, а поскольку с годами число их росло, то и забот
прибавлялось. Прошло не одно десятилетие, прежде чем удалось окончательно
решить "жилищную проблему" для членов редкоземельного семейства.
Оказалось, что иттрию, с которого началась история редких земель,
необходимо предоставить отдельную "квартиру". Такие же льготы получил
скандий, а все остальные редкоземельные элементы, как уже говорилось, были
размещены в "многокомнатной квартире", и лантан был назначен
"ответственным съемщиком". И хотя часть лантаноидов относится к иттриевой
группе (другая часть-к цериевой), иттрий разлучен с ними в таблице
элементов.
  С конца XVIII века, когда был открыт иттрий, до наших дней прошло чуть ли
не два столетия. Казалось бы, за это время можно было досконально изучить
элемент и узнать все его физические характеристики. Тем не менее до сих
пор сведения о плотности, температурах плавления и кипения и некоторых
других параметрах иттрия, приведенные в разных справочниках, не всегда
совпадают. Причина тому одна: неодинаковая степень чистоты металла,
достигнутая различными исследователями. Сейчас переплавом в вакууме с
последующей двух- и трехкратной дистилляцией получают иттрий чистотой
99,8-99,9%. Такой металл плавится примерно при 1500 ёС, а его плотность
составляет 4,47 г/см3. Сочетание сравнительно высокой температуры
плавления с небольшой плотностью, неплохими прочностными данными и другими
ценными свойствами делают иттрий перспективным конструкционным материалом.
Так, из него уже изготовляют трубопроводы для транспортирования жидкого
ядерного горючего - расплавленного урана или плутония. Но пока элемент ј
39 чаще пробует свои силы в других областях.
  Еще в конце прошлого века, ознаменовавшемся электрическим бумом, немецкий
физик Вальтер Нернст создал необычную лампу накаливания: вместо угольной
или металлической нити, помещенной в вакуум или инертный газ, она имела
открытый стерженек из смеси окислов циркония и иттрия. Идея ученого
основывалась на том, что некоторые кристаллические соединения - так
называемые твердые электролиты - проводят ток в результате движения ионов,
а не электронов. Лампу Нернста приходилось зажигать спичкой, так как
керамический стерженек начинал проводить ток лишь при 800 ёС. По этой
причине лампа не нашла тогда спроса, однако подобные нагревательные
элементы широко применяются в современной технике для создания высоких
температур (окись иттрия заменена в них окисью кальция). В отличие от
металлических, такие нагреватели не только не окисляются на воздухе, но и,
напротив, работают тем лучше, чем выше окислительная способность среды.
  Сегодня из окиси иттрия очень высокой чистоты изготовляют иттриевые
ферриты, используемые в радиотехнике и электронике, в слуховых приборах и
ячейках памяти счетно-решающих устройств. Бориды, сульфиды и окислы иттрия
служат материалом катодов мощных генераторных установок, жаропрочных
тиглей для плавления тугоплавких металлов. Несколько лет назад создан
новый жаропрочный материал циттрит, представляющий собой циркониевую
керамику с добавками иттрия; циттрит обладает минимальной
теплопроводностью и сохраняет свои свойства до 2200 ёС. Разработан и
другой керамический материал - иттрийлокс, плавящийся при 2204 ёС. Этот
материал (твердый раствор двуокиси тория в окиси иттрия) для видимой части
спектра прозрачен, как стекло, и, кроме того, хорошо пропускает
инфракрасные лучи. Из него можно изготовлять инфракрасные "окна"
специальной аппаратуры и ракет, смотровые глазки высокотемпературных печей.
  Иттрий внес свою лепту и в развитие цветного телевидения: кинескопы с
красными люминофорами на основе его соединений характеризуются высокой
яркостью свечения. В Японии для этой цели применяют окись иттрия,
активированную европием; специалисты других стран отдают предпочтение
ор