Toprak (tarihsel kimya)

Toprak, Antik Yunanlılar tarafından "o zamanlar mevcut olan ısı kaynakları tarafından daha fazla değiştirilemeyen maddeler" olarak tanımlanmıştır. Alüminyum oksit ve magnezyum oksit gibi çeşitli oksitlerin toprak elementi olduğu düşünülüyordu. Beril toprağı ve zirkon toprağı gibi gerçek topraklar ile kireç toprağı ve barit toprağı gibi alkali topraklar arasında bir ayrım yapılmıştı. Bu maddeler saf maddeler yani element olarak kabul edilmişti. Fransız kimyager Antoine Laurent de Lavoisier daha sonra bunların muhtemelen oksijen ile o zamanlar hala bilinmeyen (henüz metalik formda üretilmemiş) bazı metalik elementler arasındaki bileşikler olduğu sonucuna vardı.

İsveç'in güneydoğu kuşağında bulunan bir kent olan Vaxholm'un dışındaki Ytterby köyünde bulunan pegmatit ocağı, yeni metallerin keşfedildiği yerlerden biriydi. İsveçli mineralog ve kimyager Carl Axel Arrhenius, Ytterby'deki kuvars ve feldspatın içinde siyah ve ağır bir şeyin gömülü olduğunu keşfetti ve Turku jeologu Johan Gadolin (o zamanlar Uppsala'daydı) malzemenin muhtemelen "31 kısım silisli toprak, 19 kısım şap toprağı, 12 kısım demir kireci ve 38 kısım bilinmeyen toprak"tan oluştuğunu tespit etti. Almanya ve Fransa'nın önde gelen kimyagerleri de bunların hepsini doğruladı. Bilinmeyen "toprak"a, madenin adından sonra itriya adı verildi. Birkaç on yıl sonra, bu toprak metaline itriyum adı verildi.

1751'de Västmanland'daki Bastnäs cevher sahasında bastnäs tungsten adı verilen benzer ağır bir mineral bulundu. Önde gelen İsveçli doğa bilimci Jöns Jakob Berzelius maddeyi yakından inceledi ve 1803-1804'te bilinmeyen başka bir "toprak türü" keşfetti. 1801'de keşfedilen bir asteroitten (Ceres) esinlenerek buna seryum adını verdi.

1820'lerin sonlarında beş alkalin (baryum, stronsiyum, kalsiyum, magnezyum ve son olarak berilyum) ve beş gerçek (alüminyum, zirkonyum, itriyum, seryum ve toryum) toprak metali tanımlandı. Berilyum başlangıçta gerçek toprak metalleri arasında sayılmıştı ancak alkalinler gibi periyodik tablonun 2. grubuna ait olduğundan, artık radyum gibi bu grupla bir araya getirilmiştir.

Yaklaşık bir on yıl sonra İsveçli araştırmacılar (Berzelius'un öğrencisi Carl Gustaf Mosander dahil) daha önce seryum olarak adlandırılan şeyin aslında daha fazla bölünebileceğini fark ettiler. Lantan adını 1838'de Mosander'ın onu seryumdan ayırmayı başarmasından sonra aldı. Daha sonra öğretmeni Berzelius, hatasını kabul ederek ona Yunanca "gizli" anlamına gelen kelimenin adını verdi. Ancak lantanın da ikiz bir metal olduğu ortaya çıktı. İki yıl sonra Mosander bunu da çözdü ve buna "ikiz" anlamına gelen Didymium adı verildi.

Aynı şekilde itriyumun da terbiyum ve erbiyum olarak adlandırılan iki maddeden daha oluştuğu ve bu ikisine de Ytterby madeninin adının verildiği fark edildi. Yeni eklenen bu elementlerin tümüne ek olarak zirkonyum ve toryum, nadir toprak elementler olarak adlandırılmaya başlandı ve gerçek toprak elementlerin bir alt bölümünü oluşturdu. Didymium'un daha sonra çeşitli elementlerin (praseodim, neodimyum, samaryum, evropiyum ve gadolinyum) bir bileşiği olduğu bulundu ve bu nedenle adı kaldırıldı.

Giderek daha fazla element keşfedildikçe, gerçek toprak metalleri kavramı bir bütün olarak geçerliliğini yitirmiş ve pratikte kullanılmaz hale gelmiştir. Öte yandan, nadir toprak metalleri tanımı hala kullanılmaktadır, ancak orijinaliyle karşılaştırıldığında biraz değiştirilmiş bir anlama bürünmüştür ve bugünkü bölüm skandiyum, itriyum ve 15 lantanitin tamamını içermektedir (ancak zirkonyum, toryum veya diğer aktinoidleri kapsamamaktadır). Bu tanımlamanın bile bugün biraz modasının geçmiş olduğu düşünülmektedir. Çünkü bazı metaller doğada yaygın olarak bilinen kurşun ve kalay gibi metallerden daha bol miktarda bulunur, ancak diğer bazı toprak metalleri daha da nadirdir.