придаёт металлу и его ионам высокую магнитную восприимчивость, позволяющую 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.
Возвращаясь к магнитным монополям: в 1982 году физик из Стэндфордского университета Блас Кабрера по показаниям сверхпроводимого детектора квантовой интерференции предположил, что поймал эту магнитную элементарную частицу. Для проверки предположения руководство Стэнфорда выделило группе Кабреры дополнительное финансирование для постройки более мощного детектора, но исследователь внезапно отказался от поиска магнитного монополя в пользу не менее таинственного и неуловимого объекта – тёмной материи.
Начиная с 1980-х годов об экспериментальном наблюдении монополей в различных проектах (в том числе и во время работ по поиску бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере), но не все же лавры должны доставаться физикам. В 2009 году французские химики-материаловеды заявили, что в кристаллах титаната гольмия обнаружили магнитные компоненты, которые, как они предположили, являются магнитными монополями (Science, 2009, Vol. 326, 5951, Р. 415-417). Кристаллы содержали крошечные северные и южные полюсы магнитов, расстояние между которыми составляло около нанометра. Понятно, что, как и во многих других сообщениях о существовании магнитного монополя, обсуждение результатов поставило под вопрос уместность применения этого термина – южные магнитные полюсы в кристалле соли гольмия не могли существовать без северных, поэтому говорить об открытии настоящих монополей преждевременно, однако исследования в этой области активно ведутся до сих пор, в том числе и при изучении солей лантаноидов.
Что ещё можно сказать о гольмии? Это пятьдесят шестой по распространённости элемент в земной коре, его содержание раз в двадцать больше, чем содержание серебра, так что гольмий едва ли заслуживает того, чтобы о нём говорили как о редкоземельном элементе. Оксид гольмия применяется для подкрашивания оксида циркония – цирконитов или фианитов – и имитации драгоценных камней. В незначительных количествах гольмий присутствует в организме и влияет на обмен веществ некоторых бактерий, однако не относится к эссенциальным элементам. Гольмий применяется для легирования кристаллов смешанных оксидов иттрия-алюминия – рабочих тел некоторых медицинских лазеров. Такие лазеры могут выжигать опухолевые клетки, причиняя здоровой ткани минимальный ущерб. Так, благодаря алюминий-иттрий-гольмиевому лазеру человеку с раком прямой кишки, диагностированным на ранней стадии, можно удалить новообразования за пару часов, не прибегая к общей анестезии.
68. Эрбий
Как, наверное, уже можно было понять по празеодиму и неодиму, которые долгое время были просто «дидимом», лантаноиды – элементы, вокруг которых возникала путаница. Эрбий – не исключение. Впервые этот металл, названный в честь «города трёх элементов», был выделен в 1843 году шведским химиком Карлом Густавом Мосандером из минерала гадолинита.
Мосандер обнаружил примеси в концентрате оксида иттрия и выделил из него три фракции: иттриевую, розовую terbia (которая содержала современный элемент эрбий) и бесцветную erbia (содержала элемент тербий, нерастворимый оксид тербия имеет коричневый оттенок). Тербий был переименован в эрбий после 1860 года, а эрбий в тербий – в 1877 году, но ещё долгое время путаница в том, какой элемент тербий, а какой эрбий сохранялась. Не содержащий примесей оксид трехвалентного эрбия был получен в 1905 году Жоржем Урбэном, а металлический тербий удалось получить только в 1934 году. Сейчас, чтобы не путать тербий с эрбием и наоборот, мы можем не только запомнить, что соли тербия окрашены преимущественно в зелёный цвет, а соли эрбия – в различные оттенки розового, но и то, что у тербия на внешнем уровне 11 электронов, а у эрбия – 14. Электронная конфигурация эрбия и тербия практически не зависит от условий и среды, поэтому в своих соединениях этот металл может проявлять только различные оттенки розового цвета, но не менять окраску кардинально.
Тем не менее главная ценность эрбия и его соединений не их розоватая окраска, а то, что они могут поглощать электромагнитное излучение в инфракрасном диапазоне. Наверное, многие знают о том, что наряду с электрическими кабелями, по которым идет электрический ток, существуют волоконно-оптические кабели, по которым передаются оптические сигналы. Эти тонкие нити из стекла можно было бы назвать оптическим совершенством, если бы не одна деталь – в волоконно-оптических кабелях свет рассеивается, а светорассеяние ограничивает длину оптического волокна, по которому можно передавать сигнал.
Происходящее в световоде рассеяние называется рэлеевским рассеянием – по этой же причине небо над нами синее, а закаты и восходы – красные. Суть явления заключается в том,
