Сейчас трудно представить нашу жизнь без электричества. Однако ещё не так давно к фонарям на ули­цах тянулись не провода или элек­трические кабели, а трубы с газом. Газовое освещение появилось в на­чале XIX в. Светильный газ получали перегонкой каменного угля или дре­весины без доступа воздуха, и подоб­ное производство являлось мощной отраслью промышленности.

Вообще-то сам по себе горящий газ даёт мало света. Резко увеличить освещённость горелки можно, поме­стив в пламя подходящее вещество, которое, разогреваясь, начинает са­мо светиться. Вначале таким усили­телем, «рабочим телом» служила платиновая проволока, но подоб­ные горелки были очень дороги.

Настоящую революцию в освети­тельном деле совершил австрийский химик Карл Ауэр (1858—1929). Кстати, основные его исследования посвящены изучению редкоземель­ных элементов. Работая в лаборато­рии немецкого химика Роберта Бунзена, Ауэр заметил: если тугоплавкие оксиды редкоземельных элементов нагреть в пламени горелки, они начи­нают ярко светиться. Учёный начал интенсивно работать над усовер­шенствованием газовой горелки.

В старых учебниках по химии можно найти любопытное упоминание о церии — металле, который обладает удивительным свойством: если про­волоку из него поскрести ножом, то образующиеся при этом мельчайшие пылинки самовоспламеняются на воздухе (такое свойство металла назы­вается пирофорностью — от греч. «пир» — «огонь» и «форос» — «не­сущий»). Если же внести в пламя саму цериевую проволоку, она вспыхи­вает ослепительным огнём, превосходя по яркости горящий магний.

Необычное свойство церия использовал австрийский химик Карл Ауэр фон Вельсбах, разработав состав для «кремнёвых» зажигалок. В его осно­ве — сплав церия с другими редкоземельными металлами (мишметалл — от нем. mischen— «смешивать»), образующийся при восстановлении смеси их оксидов кальцием. Небольшой кусочек подобного вещества при ударе (или энергичном трении о стальное колесико) даёт множество искр, кото­рые легко поджигают фитиль. Для кремней зажигалок оптимален такой со­став: Ce — 66%, Fe — 25%, La — 8%, Mg — 0,5%, Cu — 0,5%. Зажигалки позволили сэкономить огромное количество спичек.

Аналогичный сплав на основе церия используется также в трассиру­ющих (светящихся) пулях и снарядах. Специальная насадка из пирофор­ного сплава надета на снаряд снаружи, а роль колёсика в зажигалке, высекающего искру, здесь играет воздух. При больших скоростях трение насадки о воздух заставляет снаряд искрить, в результате чего ночью лег­ко проследить его путь к цели.

Оксиды некоторых лантанидов используют как катализаторы кре­кинга нефти (см. статью «Нефть. Ме­таморфозы»), а также для окраски стёкол: добавка оксида неодима при­даёт стеклу фиолетовый оттенок, эр­бия — розовый, празеодима — зелё­ный, церия (IV) — жёлтый.

Соединения на основе сульфидов (Ln₂S₃) и оксисульфидов (Ln₂O₂S) ред­коземельных элементов служат лю­минофорами в экранах цветных те­левизоров и дисплеях компьютеров. В галогенные лампы вводят люмино­форы на основе иодидов лантанидов. Они дают люминесцентное свече­ние разных цветов.

Лантан и лантаниды — тугоплавкие металлы серебристо-белого цвета

Наиболее сильно ферромагнит­ные свойства выражены не у индиви­дуальных простых веществ, а у спла­вов лантанидов с ферромагнитными металлами. При сплавлении металлов иногда образуются химические соеди­нения — интерметаллиды. Приме­ром может служить SmCo₅. На основе этого и подобных ему соединений в наше время изготовлены наиболее мощные постоянные магниты: срав­нительно небольшой магнит, который умещается на ладони, способен удер­жать легковой автомобиль вместе с пассажирами!

Так как у лантанидов наружные электронные оболочки по­строены одинаково, их химические свойства весьма сход­ны. Казалось бы, и встречаться в природе, и цениться они должны тоже одинаково. Однако таблица цен и распростра­нённости лантанидов показывает, что это не так:

Во второй строке таблицы приведён порядковый номер эле­мента Z, в третьей — округлённая цена в долларах за 1 г металла в слитке чистотой 99,9 % (в ценах 2000 г. компа­нии «Олдрич»). В графе прометия стоит прочерк: у этого элемента нет стабильных изотопов, один из самых долгоживущих — прометий-147 (период полураспада 2,62 года) — получают искусственно и используют в миниатюрных атом­ных батарейках. В 1998 г. 1 г ¹⁴⁷Pm стоил примерно 10 млрд. долларов. Конечно, никто прометий граммами (и даже микрограммами) не покупает: его количество изме­ряют единицами активности — беккерелями и мегабеккерелями; для ¹⁴⁷Pm 1МБк соответствует 3•10^-9 г прометия.

Сплавы некоторых редкоземельных элементов с переходными металлами (например, LaNi₅) способны поглотить в 1,5 — 2 раза больше водорода, чем его содержится в таком же объёме жидкого водорода. Это объясняется тем, что, попадая в пустоты кристаллической решётки металла, молекулы водо­рода распадаются на атомы, образующие связи с атомами металлов. А при незначительном нагревании сплав, насыщенный водородом, легко его от­даёт. На основе LaNi₅ уже разработаны аккумуляторы водорода, которые могут использоваться при развитии водородной энергетики.

В 1794 г. Юхан Гадолин (1760—1852) (в честь него назван элемент гадоли­ний) из университета города Або в Финляндии выделил из редкого мине­рала (теперь он именуется гадолинитом), найденного в местечке Иттербю близ Стокгольма, новую землю, кото­рую назвал иттриевой. В 1803 г. из дру­гого минерала Якоб Берцелиус и Виль­гельм Хизингер, а также Мартин Клапрот (независимо от первых двух) получили цериевую землю, назван­ную по имени малой планеты Цереры, открытой незадолго до этого.

Потребовалось ещё несколько де­сятилетий, чтобы доказать, что эти земли неоднородны, т. е. не являют­ся индивидуальными соединениями. Так, в 1839—1841 гг. шведский химик Карл Густав Мосандер (1797—1858) выделил из цериевой земли две но­вые — лантановую (от греч. «лантано» — «скрываюсь») и дидимовую (от греч. «дидимаон» — «близнецы»).

Лантаниды относят к редким эле­ментам: их содержание в земной коре не превышает по массе 0,01%. Однако 0,01% — не так уж мало. Например, атомов церия — наиболее распространённого из лантанидов — в природе содержится в пять раз больше, чем атомов свинца, а ту­лия — самого редкого из членов это­го семейства — больше, чем иода. Единственное исключение — про­метий, у которого нет стабильных изотопов, и потому он в природе практически не встречается.

В литературе нередко использует­ся также термин редкоземельные эле­менты. Под ним понимают группу из 17 элементов, включающую трёх представителей побочной подгруппы третьей группы — скандий Sc, иттрий Y, лантан La и 14 лантанидов (общий символ — Ln). Термин этот историче­ский. Раньше землями называли туго­плавкие оксиды многих элементов (магния, кальция, бария, алюминия и др.). Название «редкие земли» закре­пилось первоначально за оксидами иттрия и церия, а затем было распро­странено и на другие близкие по свойствам элементы.

Один из важнейших минера­лов лантанидов — монацит (Y, La, Ln)PO₄ — содержит сразу все или почти все лантаниды, но в разном со­отношении, а также иттрий и лантан. Название минерала происходит от греческого «моназо» — «уединяюсь», «обособляюсь», ведь монацит встреча­ется обычно в виде отдельных зёрен. Из-за присутствия тория, а также сле­дов других радиоактивных элементов монацитовая руда (монацитовый пе­сок) радиоактивна.

Близкие значения ионных радиу­сов и очень похожие химические свойства делают лантаниды настоль­ко сходными, что долгое время их не удавалось разделить.

При взгляде на таблицу Менделеева невольно возникает вопрос: почему некоторые элементы помещены не в самой таблице, а как бы вынесены за её пределы? Что это — знак особой чести, уважения или, наоборот, сви­детельство пренебрежительного от­ношения к ним: мол, хватит вам од­ной клетки в самой периодической системе? К тому же и называют их в разных таблицах по-разному: то лан­таноидами и актиноидами, то лантанидами и актинидами...

Есть у них ещё одно общее назва­ние: и лантаниды, и актиниды — это f-элементы, поскольку в их атомах достраивается внутренняя электронная f-оболочка. Всего на ней может разме­ститься не более 14 электронов; ровно столько же и наших героев — лантанидов (иначе 4f-элементов) и акти­нидов (5f-элементов).

Лантаниды расположены в перио­дической системе после лантана, актиниды — после актиния. Их отсут­ствие (в явном виде) в III группе таблицы отмечено звёздочками у сим­волов La и Ас.

Окрашенные соли лантанидов.

Ртутное месторождение Монте-Амьята в Италии разрабатывается со вре­мён Древнего Рима. Причина столь ранней известности ртути в том, что добываемая там киноварь (сульфид ртути HgS) легко разлагается при на­гревании на воздухе с образованием паров металлической ртути:

В древности обжиг киновари про­водили в закрытом глиняном сосуде, на крышке которого конденсирова­лась ртуть. Сейчас для этих целей ис­пользуют трубчатые печи.

Ртуть (t_кип=357 °С) — самая тяжё­лая из всех известных жидкостей:

Разбитый градусник — довольно частая ситуация. Ртуть разбегается в виде мельчайших блестящих шариков, заби­вается в щели и медленно испаряется, отравляя воздух в помещении. Поэто­му разлитую ртуть нужно полностью собрать. В крупных городах удалением ртути из помещений занимаются специ­альные службы. Если же по какой-то причине связаться с ними не удаётся, нужно поступать следующим образом. В первую очередь откройте окно, чтобы комната хорошо проветрива­лась. Затем соберите видимые глазом капли ртути, пользуясь зачищенной медной проволокой (а лучше медным проводом, сплетённым из множества тонких проводков) или, в крайнем случае, бронзовой монетой. Ртуть легко прилипает к меди и перестаёт рас­текаться. Все использованные вами предметы вместе с собранной ртутью сложите в баночку и вынесите на улицу.

Далее надо ликвидировать мелкие капли ртути, которые не удалось со­брать, и те, что затекли в щели. Самый надёжный способ — засыпать все мес­та, куда могла попасть ртуть, хлоркой, хлорамином или любым дезинфици­рующим средством, содержащим хлор. Подойдут даже хлорсодержащие отбеливатели. Рассыпанный порошок следу­ет смочить (именно смочить, а не за­лить) водой, и оставить на несколько часов. За это время ртуть превра­тится в хлорид ртути (II) или оксид ртути (II) (в зависимости от того, что вы использовали). Теперь аккуратно собе­рите кашицу и сложите её в полиэти­леновый пакет. Остатки хлорки уберите влажной тряпкой, положите её в тот же пакет и отнесите на помойку.

Вместо хлорки ртуть можно обра­ботать насыщенным раствором хлорно­го железа, которое окисляет металл:

2FeCl₃+2Hg=2FeCl₂+Hg₂CI₂,

а через сутки собрать раствор сухой тряпкой (разумеется, в резиновых пер­чатках). Применяют также настойку иода:

Hg+I₂+2KI=K₂[HgI₄]

или раствор марганцовки. К сожале­нию, ни хлорное железо, ни иодную на­стойку нельзя использовать на паркет­ном полу, а иод ещё и на линолеуме. Ртуть можно также засыпать серой, однако реакция Hg+S=HgS протека­ет лишь на поверхности ртутных шари­ков. А из глубины ртуть продолжает спокойно испаряться.

Отравления делятся на острые (если в организм сразу попадает большая до­за яда) и хронические (когда человек получает яд понемногу, но постоянно).

История знает немало случаев мас­сового отравления ртутью при золоче­нии различных крупных предметов амальгамой золота. Множество рабо­чих отравились, когда золотили купола Исаакиевского собора в Санкт-Петер­бурге. Ртуть или её соли часто оказы­вались «последним средством» в двор­цовых интригах. Ими были отравлены Елена Глинская — мать Ивана Грозно­го и царица Анастасия — его первая жена. Хроническое ртутное отравле­ние — профессиональная болезнь сред­невековых шляпников, использовав­ших соединения ртути для выделки фетра. Безумный Шляпник из кэрролловской «Алисы в Стране Чудес» —ти­пичный пример такого больного. Из-за хронического отравления ртутью поте­ряли работоспособность Исаак Нью­тон, Майкл Фарадей и Блез Паскаль.

Если парами ртути заполнить стеклян­ную трубку и приложить к её концам напряжение, то в ней возникают заря­женные частицы: Hg=Hg⁺+e. При этом ионы ртути устремляются к отри­цательно заряженному электроду, а электроны — к положительному. При обратном процессе Hg⁺+е^-=Hg* об­разуются возбуждённые атомы, которые теряют энергию, испуская квант света. Большая часть излучения прихо­дится на ультрафиолетовую часть спектра.

Ртутную лампу называют ещё квар­цевой, поскольку трубку делают из квар­ца, прозрачного для ультрафиолета. Та­кие лампы используют в лабораториях для проведения фотохимических реак­ций, в банковском деле для распознания подлинности банкнот, а также в аппаратах искусственного загара. Ультрафио­летовые лучи вредны для глаз, так что ртутная лампа не годится для освеще­ния. Однако стекло лампы можно покрыть изнутри люминофором — веществом, которое поглощает ультра­фиолет и при этом излучает видимый свет. Получится так называемая люми­несцентная лампа, свет от которой по параметрам соответствует дневному (лампа дневного света).