От водорода до …?

Лантан и его соединения обнаруживают очень большое сходство с целым рядом других весьма похожих на лантан элементов. Шестьдесят с лишним лет назад В. Крукс, оценивая это сходство, сказал: «Химически они так сходны между собою, что требуется наивысшее искусство химика, чтобы хоть сколько-нибудь разделить их; они изучены еще так неполно, что даже число их неизвестно». Теперь число «родственников» лантана известно. Их — 14. От лантана, как наиболее хорошо изученного, все они объединяются в одну группу, в одну клеточку системы Менделеева под именем семейства лантанидов.

Долгое время лантаниды считались бесперспективными элементами, и изготовление кремней для зажигалок, о которых будет упомянуто в дальнейшем, являлось «потолком» их практического применения. И не случайно вся группа «родственников» 15–25 лет назад считалась «забытой областью химии». Однако успехи современной науки и в первую очередь достижения в области ядерной физики превращают «забытую область химии» в одну из интереснейших и многообещающих отраслей знания, на которой сосредоточено внимание не только ученых-теоретиков, но и инженеров-практиков. Углубленное изучение «семейства» лантанидов показывает, что они обладают чрезвычайно интересными свойствами, дающими возможность использовать их в самых разнообразных областях техники и науки. И не случайно в августе 1957 г. газета «Правда» указывала, что в условиях советской экономики вопросы практического освоения лантанидов приобретают государственную важность первостепенного значения.

Большое сходство химических свойств у лантанидов связано с особым строением электронных оболочек у атомов этих элементов начиная с лантана (№ 57) до лютеция (№ 71) включительно. Это особое строение приводит к тому, что по мере возрастания порядкового номера элемента увеличения радиуса атомов не происходит (лантанидное сжатие). Это явление и объясняет такое большое химическое сходство всех лантанидов.

После того как были выделены чистые соли лантана, получение самого лантана уже не представляло особого труда. Например, путем электролиза хлорида лантана получили металлический лантан, который по своему химическому поведению напоминает металл кальций. Лантан по твердости подобен олову (плотность 6,2), температура его плавления составляет всего 920±5 °C, но зато удивительно высока температура кипения (4515 °C). Как и многие активные металлы, он разлагает воду, хорошо реагирует с кислотами, а при нагревании энергично — с хлором, серой и другими металлоидами, т. е. проявляет свойства типичного металла.

Лантан — металл «самозащищающийся»: в сухом воздухе он покрывается тонкой пленкой окисла, которая защищает его от дальнейшего окисления. Но такая «защита» происходит только в сухом воздухе, влага с этой пленкой соединяется и образует сильное основание.

Неоднократно мы упоминали о таком важном металле, как алюминий, и указывали, в частности, на его способность гореть с выделением большого количества тепла. На этой реакции основано много различных процессов. У лантана теплота реакции соединения с кислородом еще больше. Как только научились получать лантан в больших количествах, он стал соперничать с алюминием в металлургии. Для удаления кислорода из жидкой стали в нее часто вводят не алюминий, а лантан. На тонну стали нужен всего один килограмм этого «раскислителя», как в технике называют вещества, освобождающие сталь от кислорода. Таким способом обработаны уже миллионы тонн стали и утверждают, что это отличный метод повышения ее качества.

Лантан совсем недавно получали в смеси с церием — другим членом семейства лантанидов, приблизительно в соотношении 1:1. Сплавив смесь этих металлов с железом, получили … «кремень», который широко применялся в карманных зажигалках. Конечно, железо-цериево-лантанный «кремень» не имеет ничего общего с природным камнем кремнем — соединением кремния. Такое название было дано сплаву за способность «искрометания» при трении по нему зазубренного стального колесика. Эта способность была использована не только в безобидных зажигалках, но и в артиллерийских снарядах. Снабдив снаряд насадкой из этого «смешанного металла», получили возможность наблюдать снаряд в полете. «Смешанный металл» при полете в воздухе искрит. При этом роль колесика зажигалки играет сам воздух, трущийся о металл.

Соединения лантана используются при изготовлении стекла для лучших объективов фотоаппаратов и специальных защитных очков. В сплаве с магнием лантан используется для изготовления деталей авиационных двигателей.

Будущее у лантана, несомненно, огромно. В природе его больше, чем, например, свинца. Правда, лантан не встречается в виде мощных месторождений чисто лантановых минералов, но его можно получать при производстве суперфосфата из апатитов. В нашей стране запасы апатитов практически неисчерпаемы.

Любопытно, что своеобразными «залежами» лантана является всем знакомое растение черника, зола которой содержит до 0,17 % окиси лантана. Много лантана в золе низкорослых карельских берез.