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Die Elemente des f-Blocks stellen zusammen mit jenen der Scandiumgruppe 14 sich überaus ähnliche, unedle Metalle dar, die sich in der Natur miteinander vergesellschaftet finden. In der heutigen Zeit, wo die Chemie moderne Trennverfahren wie Ionentauscher oder Chromatographie kennt, bereitet die Trennung dieser Elemente voneinander keine größeren Probleme mehr. Anders war dies jedoch in der "Pionier-Zeit", also das 19. Jahrhundert hindurch. Es ist eine bemerkenswerte Leistung, diese Elemente durch nasschemische Verfahren relativ rein darzustellen und zu klassifizieren. Zumal die damaligen Chemiker weder wussten, wie viele Seltene Erden es überhaupt geben kann, noch eine Vorstellung davon hatten, nach welchen Kriterien sie die überaus ähnlichen Elemente voneinander trennen konnten. So ist diese Entdeckungsgeschichte auch eine Odyssee, die von Fehlschlägen, Fehlentdeckungen und Irrtümern durchzogen war. Die Reindarstellung vieler Lanthanoiden gelang erst in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts durch moderne Trennverfahren - also in einer Zeit, als man bereits darin begriffen war, künstliche Elemente durch Kernumwandlung herzustellen!

Johan Gadolin (finnischer Chemiker und MIneraloge) findet bei der Analyse des "Ytterbit" [Y|Ln]₂Fe(II)Be₂[O|SiO₄]₂ - eines schweren, schwarzen Minerals aus der Ytterby Gruva (Schweden) - eine Zusammensetzung dergestalt, dass er 38% einer neuen, bisher unbekannten "Erde" zuordnet. Mit "Erden" bezeichneten die Chemiker dieser Zeit die Stoffgruppe der Oxide.

Gustav Anders Ekeberg gelang die Abtrennung von Berylliumoxid (BeO) aus Gadolins "Yttererde". Die erhaltene Erde bezeichnete er als "Yttria" oder "gereinigte Yttererde". Er erkannte jedoch nicht, dass auch diese Yttererde komplex zusammengesetzt war. Aus der Beryllium-Erde sollte Berzelius rund zwanzig Jahre später erstmals Beryllium in Reinform gewinnen.

Jöns Jaboc Berzelius und Wilhelm Hisinger griffen die Analyse Gadolins auf, und vermuteten auch in einem ähnlichen Mineral - dem "schweren Stein von Bastnäs" [Ca|Mg|Fe(II)]₂[Ce(III)|Ln]₈[SiO₄]₇*3H₂O - die Yttererde als Bestandteil. Diese Vermutung bestätigte sich jedoch nicht. Stattdessen fanden die beiden schwedischen Chemiker und Mineralogen eine andere - ebenfalls bisher unbekannte - Erde. Angeregt durch die Entdeckung des Planetoiden Ceres zwei Jahre zuvor, benannten sie die aufgefundene Erde als "Ceriterde".

Ln={Pr|Nd|Sm|
Eu|Gd|Tb|Dy|Ho|Er|Tm|Yb|Lu}

Friedrich Wöhler stellt unreines Yttrium durch Reduktion des Chlorids mit Kalium dar. Es enthält jedoch noch die anderen Seltenen Erdmetalle, was er jedoch noch nicht wissen konnte. Wöhler bewies jedoch dadurch, dass den Erden Metalle zu Grunde lagen, und diese nicht - wie bis dato angenommen - die Elemente selber darstellen. Die Bezeichnung Seltene Erden für die Metalle hat jedoch bis heute überdauert.

Ln={Pr|Nd|Sm|
Eu|Gd|Tb|Dy|Ho|Er|Tm|Yb|Lu}

Nachdem in den Jahren 1807 und 1808 Sir Humphry Davy die Alkalimetalle durch Elektrolyse darstellen konnte, hatte die Chemie fortan starke Reduktionsmittel zur Darstellung anderer Metalle zur Verfügung. So gelang es Berzelius, elementares Cer durch Reduktion des Chlorids mit Natrium darzustellen. Korrekterweise muss man "sein" Cer jedoch als Cer-Mischmetall auffassen, da es noch - ihm unbekannt - die anderen Seltenen Erden enthielt.

Carl Gustav Mosander gelang die Isolierung einer Erde aus einem Königswasser-Aufschluss von Cersalzen in der löslichen Fraktion. Er nannte diese Erde "Lanthanerde", nach griech. lanthana = Das Verborgene.

Der Berliner Professor für Mineralogie, Gustav Rose, entdeckt ein schwarzes Mineral im Uralgebirge, welches er als "Uranotantal" benennt. 1847 benennt sein Bruder Heinrich Rose das Mineral nach "Samarskit" um. Diese Benennung erfolgte zu Ehren des russischen Bergingenieurs Wassili Samarskij-Byhovec, welcher den beiden Brüdern die Analysen des Minerals ermöglichte.

Mosander vermutete schon 1839, dass die von ihm aufgefundene Königswasserfraktion der Ceriterde nicht nur aus einer weiteren Erde (Lanthanerde) bestehen würde. Jetzt gelang es ihm, seine Lanthanerde weiter aufzutrennen, und er isolierte aus ihr eine weitere unbekannte Erde. Er nannte sie "Didym-Erde", als Hinweis darauf, dass sie ein "untrennbarer Zwilling" der Lanthanerde sei. (Griechisch Didymos = Zwilling). Didymium wurde für die nächsten Jahrzehnte als chemisches Element angenommen, sogar Mendelev nahm es in sein 1869 erstelltes Periodensystem mit auf (Di, Atommasse 138).

Angeregt durch seine Analyse des Cerits in mehrere Erden vermutete Mosander nun, dass auch die Yttererde ähnlich komplex aufgebaut sein würde. Durch sorgfältige Isolierung gelang es ihm daraufhin auch, gleich zwei neue Erden aus der Yttererde zu isolieren: Zum einen die rosafarbene "Terbia" und zum anderen die hellgelbe "Erbia". Nun hatte er die Yttererde chemisch rein vorliegen und benannte das zu Grunde liegende Metall als "Yttrium".

Der schwedische Mineraloge Nils Johan Berlin nahm Untersuchungen an der Yttererde vor, wie sie einst Gustav Ekeberg erhielt. Im Gegensatz zu Mosander 17 Jahre vor ihm, gelang ihm jedoch nur die Isolierung der rosafarbenen Erde (Terbia). Durch einen Formfehler in seinem Analysenbericht bezeichnete er diese jedoch fälschlicherweise als "Erbia" anstelle von Terbia. Schicksalshafterweise hatte diese Verwechslung weit reichende Folgen: So wurden etwa Mosanders Entdeckungen bezüglich der hellgelben Erde (sein "Erbia") angezweifelt, und Fehlinterpretation und Umdeutungen gemachter Ergebnisse waren für die nächsten beiden Jahren auf der analytischen "Tagesordnung" der Seltenerd-Forschungen.

Erst als Marc Delafontaine in der Yttererde wiederum Mosanders "Erbia" auffand, und ihr folgerichtig nun den Namen "Terbia" gab, wurde die Verwechslung perfekt gemacht. Dennoch sollte es nun über ein Jahrzehnt dauern, bis die Wissenschaftler in Sachen Seltenerd-Analytik wirklich weiterkamen. Man kannte bisher also Yttrium, Lanthan, Cer und Didymium als den Erden (= Oxiden) zugrunde liegende Elemente.

Delafontaine findet ein weiteres Element in der Didymerde durch spektralanalytische Untersuchungen, welches er als "Ytterbium" benannte . Die Isolierung desselben sollte ihm jedoch nicht gelingen.

Angeregt durch die spektralanalytischen Untersuchungen Delafontaines isolierte nun auch der Schweizer Chemiker de Marignac aus der Erbin-Erde Berlins eine weitere Erde: Die Ytterbiumerde.

Paul Emille Lecoq
de Boisbaudran


 

Lars Frederik Nilsson

Dem französischen Chemiker Lecoq de Boisbaudran (dem Entdecker des Galliums) gelang die Isolierung einer weiteren Erde aus der Didymerde, welche er aus dem Samarskit gewann. Er nannte diese, in Anlehnung an das Mineral alsdann auch "Samariumerde". Somit war Delafontaines Analyse des Samariums bestätigt. Lecoq war zu jenem Zeitpunkt davon überzeugt, dass die jetzt von ihm gewonnene gereinigte Didymerde das Oxid eines einzigen chemischen Elementes sei.

Per Theodor Cleve nahm nun die Ergebnisse Marignacs unter die Lupe und wies bald  spektralanalytisch nach, das Marignacs Fraktion "gereinigte Erbin-Erde" mindestens zwei weitere Elemente enthalten müsse. Er trennte alsdann auch die Erbin-Erde in drei Fraktionen auf: Zum einen die Holmium-Erde und die Thulium-Erde sowie in die Erbium-Erde. Während Erbiumerde und Thuliumerde chemisch rein waren, sollte die weitere Auftrennung der Holmiumerde noch eine Jahre auf sich warten lassen. Cleve benannte die Metalle dieser Erden nach Stockholm (Holmium), Schweden (anord. Thule, Thulium) und Erbium (Erbin-Erde, Erbia).

Lars Frederik Nilsson griff Marignacs Ytterbium-Erde auf und trennte aus ihr eine weitere Erdenfraktion ab: Er fand eine - für eine Seltene Erde sehr leichte Verbindung - die er als Scandium-Erde (Scandia) bezeichnete. Schon 1869 sagte Dmitri Mendelev in seinem Periodensystem ein Element mit einer Atommasse von etwa 45 voraus, welches unter dem Bor stehen sollte (Eka-Bor). Nilsson erkannte "sein" Scandium folgerichtig als dieses fehlende Element, und ordnete es in das Periodensystem der Elemente an der richtigen Stelle ein. Aus patriotischen Gründen taufte er da, von ihm als chemisches Element erkannte Metall auf "Scandium".

Marignac stellte spektralanalytisch fest, dass ein bis dato unbekanntes Metall in einer Fraktion der Samarium-Erde (aus der Didymerde des Gadolinit) enthalten sein müsse, und erkannte dieses als chemisches Element. Ihm gelang daraufhin auch die Isolierung dieser Erden-Fraktion, die er Gadolinium-Erde nannte.

Delafontaine griff die Analysenergebnisse von Lecoq und Marignac auf und stellte abermals "gereinigte Samariumerde" dar. Er untersuchte mehrere erhaltene Proben spektralanalytisch und stellte Intensitätsunterschiede mehrerer Linien fest. Hieraus folgerte er, dass die Samariumerde noch eine weitere, bis jetzt unbekannte Erde enthalten müsse.

Der deutsche Chemiker Karl Auer von Welsbach trennt Lecoq´s Didymerde von 1879 endgültig in zwei Fraktionen auf: Er erhält dabei eine hellgrüne und eine rosafarbene Erde. Erstere nennt er Praseodym-Erde ("Lauchgrüne Zwillingserde"), die zweite Neodym-Erde ("Neue Zwillingserde").

Lecoq trennte eine scheinbar neue Erde aus der Samariumerde, welche er aus der Didymerden-Fraktion eines Cerits erhalten ab. Nach einer Spektralanalyse erwies sich diese Erde jedoch als identisch mit jener von Marignac.

In einer Probe gereinigter Samarium-Erde, die Per Theodor Cleve an Lecoq übersendet, findet jener zwei Spektrallinien, die sich keinem bis dato bekanntem Element zuordnen lassen. Er nennt diese Linien vorläufig "Z-Epsilon" und "Z-Zeta", ohne daß er eine Vermutung darüber äußern kann, um welches Element es sich dabei handeln könnte.

Eugène Anatole Demarcay, ein französischer Chemiker, nimmt sich der Aufgabe an, die unbekannte Erden-Fraktion in der Samarium-Erde von Per Theodor Cleve zu isolieren. Er beginnt mit einer sehr mühevollen Fraktionierung - erschwert vor allem dadurch, daß ihm außer den Spektrallinien zunächst keine weiteren Eigenschaften des gesuchten Elements bekannt waren. Er ordnet den Platz des gesuchten Elements folgerichtig als "zwischen Samarium und Gadolinium stehend" ein.

Eugène Anatole Demarcay bringt seine Arbeit nach fünf Jahren zu Ende. Er hat es geschafft, aus der Samarium-Erde eine neue Erde abzutrennen - beide erweisen sich als spektralrein. Er deutet daraufhin die "S-alpha"-Linie von Crookes bzw. "Z-Epsilon" und "Z-Zeta" von Lecoq als Spektrallinien des neu entdeckten Elements, welches er "Europium" tauft.

Bohuslav Brauner erkannte als Erster, dass sich in der Abfolge der Atommassen zwischen Neodym und Samarium eine auffallend große Lücke existiere und sich hier ein weiteres Element befinden müsse.

Bis heute unklar ist die frühe Entdeckungsgeschichte des Terbiums. Mehrmals wurden Erden aus der Terbin-Erde isoliert und als "Terbium-Erde" bezeichnet. Sie erwiesen sich jedoch als Erden-Gemische anderer Seltenen Erden, so dass man im Nachhinein nicht mehr sagen kann, wer als Erster eine angereicherte Fraktion dieses Elements darstellen konnte. Daher wird hier der Chemiker Georges Urbain erwähnt, der eine - wenngleich auch nicht spektralreine Fraktion - der Terbium-Erde aus der Terbin-Erde heraus isolieren konnte.

Karl Auer von Welsbach brachte bereits das Kunststück der analytischen Trennung der Didymerde zustande. Nun zeigte er, dass auch die Ytterbium-Erde aus zwei Erden-Fraktionen zusammengesetzt war. Er nennt die zu Grunde liegenden Elemente "Aldebaranium" (für Ytterbium) und Cassiopeium (für Lutetium). Noch 1907, jedoch nach Auer von Welsbach, gelingt es auch Georges Urbain die beiden Erden voneinander zu trennen. Seine Namensgebungen "Ytterbium" und "Lutetium" wurden deshalb verbindlich, weil er seine Vorschläge früher als Auer von Welsbach bei der damals zuständigen Organisation (dem "International Committee on Atomic Weights", dem Vorläufer der heutigen IUPAC "International Union of Pure and Applied Chemistry") einreichte, wenngleich er seine Entdeckung auch später veröffentlichte.

Promethium wurde erst 1945 im Oak Ridge National Laboratory (Tennessee, USA) von Jack Marinsky, Lawrence E. Glendenin, und Charles D. Coryell als Spaltprodukt des Urans entdeckt. Den Namen Promethium wählten sie in Anlehnung an den griechischen Titanen Prometheus, der den Menschen das Feuer brachte und so den Zorn der Götter erweckte. Dies war als Warnung an die Menschheit gedacht, die zu diesem Zeitpunkt mit dem nuklearen Wettrüsten begann. Damit waren alle Seltenen Erden bekannt.

Die Bezeichnung Lutetium wird endgültig verbindlich. Bis 1949 wurde Element 71 im deutschen Sprachraum - nach der Benennung durch Karl Auer von Welsbach ungeachtet der Nomenklatur durch die "International Committee on Atomic Weights" weiterhin als Cassiopeium (Symbol: Cp) bezeichnet.