что чем короче длина волны электромагнитного излучения (света), тем больше он рассеивается. Если кварцевое стекло, из которого обычно делают волокно для оптического кабеля, легировать оксидом эрбия, может пропускать электромагнитное излучение с длиной волны 1,55 микрона – при этом степень рассеяния света минимальна, а ближний инфракрасный свет практически не поглощается световодом, что делает эрбий идеальной добавкой для оптических волокон и усилителей оптических сигналов – технологий, лежащих в основе современных коммуникаций. Монокристаллы оксида эрбия также применяются как материалы для лазерной хирургии. Рабочая длина волны эрбиевого лазера совпадает с частотой колебаний атомов O–H в воде, благодаря чему луч такого лазера хорошо поглощается преимущественно состоящими из воды биологическими тканями.
69. Тулий
Во времена Античности и Средних веков, когда географические карты главным образом состояли из белых пятен, на которых ещё и писали «здесь могут водиться чудовища», земли, расположенные за пределами представления жителей Европы, называли Ultima Thule.
Это название пошло от имени таинственного острова «Тулас», который, по мнению греческого историка и географа Полибия, располагался в шести днях морского пути к северу от британских островов. Со временем слова Thule, Tooli или Tool стали нарицательными для обозначения далёких и неизведанных земель, ну а под Ultima Thule подразумевалась самая далекая и неизведанная часть далекого и неизведанного, где «…не существует собственно суши, моря и воздуха, а только некая смесь этих элементов, консистенция которой сравнима с желе и в которой нельзя ни идти, ни плыть…».
Таким образом, когда в 1879 году шведский химик Пер Теодор Клеве (позднее, в 1894 году, он был награждён Королевским химическим обществом медалью Дэви за открытие четырёх элементов) давал название тулию, он слегка ошибся, написав: «…для оксида [элемента], расположенного между иттербием и эрбием, я предлагаю название тулий (thullium) от слова Thule, древнего названия Скандинавии…». Всё же изначально под Thule по смыслу имелось в виду что-то типа нашего «Тридевятого королевства», а то, что позднее земли норманнов оказались как раз примерно в районе Туле, – это, скорее, совпадение.
Первоначальное открытие тулия можно считать случайным. Клеве анализировал несколько образцов оксида эрбия, выделенных из минерала, содержащего преимущественно оксид иттрия, и понял, что разные образцы отличаются по чистоте, поскольку для каждого из них получалась индивидуально «своя» атомная масса эрбия, чего, конечно, не могло быть. Дальнейшая работа по разделению образцов позволила выделить оксиды ещё двух элементов – гольмия и тулия (открытие лантаноидов напоминает игру с матрёшками). Металлический тулий был выделен только в 1914 году.
Какое-то время тулий вполне мог считаться «самым бесполезным химическим элементом» – любая задача, для решения которой он мог применяться, успешнее и дешевле выполнялась другим химическим элементом, про него даже писали: «…самый удивительный факт про тулий в том, что в этом элементе нет вообще ничего удивительного…». Но все же это не совсем так – есть приложения, в которых ничто не может заменить тулий. Средняя добыча этого металла составляет около 50 тонн в год, и если бы он был самым бесполезным элементом, вряд ли его бы стали извлекать из руд, в которых он чрезвычайно рассеян. Тулий – моноизотопный элемент, единственный нуклид его в земной коре – это стабильный 169Tm. Бомбардировка этого сорта атомов тулия нейтронами позволяет получить радиоактивный 170Tm с периодом полураспада в 128 дней. Радиоактивный тулий является хорошим источником рентгеновского излучения, из-за чего с 1950-х годов применяется как источник излучения в небольших по размеру рентгеновских аппаратах (используемых, например, в стоматологии) и рентгеновских аппаратах для дефектоскопии – поиска повреждений в деталях и конструкциях. Как и многие другие лантаноиды, тулий может применяться для легирования рабочих тел иттрий-алюминиевых лазеров, в данном случае польза от тулия в том, что его добавки позволяют перенастраивать рабочую частоту лазерного луча.
Ну и, наконец, тулий помог выиграть Нобелевскую премию по химии. В 1914 году первый образец чистого металлического тулия получил американский химик Теодор Уильям Ричардс, для этого он получил сверхчистый образец бромата тулия, проведя пятнадцать тысяч экспериментов по перекристаллизации. Такая высокая чистота соли тулия потребовалась Ричардсу для уточнения молекулярной массы этого металла (Ричардс получил величину 168,93421 а.е.м.). Конечно, Нобелевским лауреатом стал не из-за рекордного количества перекристаллизаций и не за высокочистый тулий, а за то, что его атомная масса была лишь одной из многих, измеренных или уточнённых Ричардсом. Нобелевскую премию ученый получил «…за точное определение атомных масс большого числа химических элементов…», если точнее – Ричардс и его ученики определили и уточнили атомные массы 55 химических элементов, многие из полученных ими значений до сих приводятся в Периодической системе.
70. Иттербий
В опубликованной в 1971 году книге для учителей химии и изучающих её «Понимая химию», написанной Джоджем Пиментелом, написано: «У лантана одна устойчивая степень окисления в водных растворах, +3. За небольшим рядом исключений, это все, что можно рассказать о скучной химии остальных 14 элементов». Действительно, наиболее распространённой степенью окисления лантаноидов является +3, однако иттербий как раз относится к тем исключениям, о которых говорится в книге. Иттербий в соединениях может принимать степень окисления +2, его соединения являются сильными восстановителями, этот металл может реагировать с водой с выделением водорода.
Иттербий – последний из четырёх элементов, названных в честь Иттербю и выделенный из иттербита. Его в 1878 году обнаружил швейцарский химик Жан де Мариньяк, работая с солями эрбия. Де Мариньяк заметил, что при разложении того, что он считал нитратом эрбия, образуется два оксида – красный оксид эрбия и белый порошкообразный оксид нового элемента, который был назван иттербием. Конечно, де Мариньяк выделил не чистый оксид иттербия, очищенная форма была получена позже, в 1907 году.
Несмотря на то что иттербий был открыт одним из последних лантаноидов, он является одним из самых распространённых элементов этого семейства. Он находится на сорок третьем месте по распространённости в земной коре, и его содержание больше, чем олова, брома, урана или мышьяка. Металлический иттербий – хрупкий и ковкий металл, который быстро тускнеет на воздухе из-за реакции с компонентами воздуха и водой, – иттербий более реакционноспособен, чем остальные лантаноиды. В земной коре имеется семь устойчивых изотопов с атомными массами от 168 до 176, кроме этого, известно несколько радиоактивных изотопов иттербия, из которых наибольшее практическое значение имеет излучающий гамма-лучи нуклид
