Почему так похожи свойства лантана и лантаноидов актиния и актиноидов
Добавил пользователь Валентин П. Обновлено: 19.09.2024
Я только знаю что к лантаноидам относятся лантан, церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций.
А к актиноидам актиний, торий, протоактиний, уран, нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, Эйнштейний, Фермий, Менделевий, Нобелий, Лоуренсий.
Практически ничем, если говорить о химических и физических свойствах. А так - это совершенно разные элементы. Ну чем, например, отличается вольфрам от молибдена?
Лантаноиды и актиноиды - это f-элементы 6-го и 7-го периодов соответственно. Т. е. у них только начинает заполняться f-орбиталь, у лантаноидов 4f, у аутиноидов - 5f. Выглядят они как серебристо-серые металлы, соответствующие элементы (расположенные один над другим в периодической таблице) проявляют сходные химические свойства, в частности степени окисления.
Лантаноиды и актиноиды - это не какие-нибудь особые элементы - это вполне обычные металлы. Назвали их так, потому что эти f-элементы расположены за лантаном и актинием соответственно. Гафний и резерфордий продолжают заполнять d-орбиталь и уже не относятся к f-элементам. В короткой версии Таблицы Менделеева их неудобно помещать внутри таблицы, как это сделали с d-элементами, а вынесли в отдельные блоки.
Из различий можно отметить то, что радиусы атомов актиноидов существенно больше, чем у лантаноидов, что позволяет проявлять химически более сильные восстановительные свойства.
Из за большого числа нуклонов в ядре все актиноиды являются радиоктивными, а все лантаноиды - нет (исключение - прометий).
Лантаноиды - это элементы, у которых заполняется 4f-подуровень третьего снаружи уровня. А у актиноидов - 5f-подуровень.
В химическом смысле, все актинойды прояляют одинаковые свойства, как и все лантаноиды. Даже межды лантаноидами, в химическом смысле, нет отличий от актинойдов. За исключением разве только того, что лантаноиды более активные металлы чем актинойды, то исходит хотяб из того в таблице Менделеева Лантаноиды находятся в 6 ряду а Актинойды 7-м. Разница в основном, в физических свойствах: в размерах атома и их массе.
Э( Н3РО4) = 98/3= 32,67
Э( Ва(ОН)2) = 171/ 2 = 85.5
Э( АI2(SO4)3) = 342/2×3= 57
Э( Cu(NO3)2) = 188/2= 94
Э( KNO3) = 101/1= 101
Э( NaCI) = 58,5/1= 58,5
Э( Fe(OH)3) = 107/ 3= 35,67
Э( НCI) = 36,5 /1= 36,5
Э( H2SO4) = 98/2= 49
думаю что так
1) HBr-1вал
Hg2O-1вал
P2O3-3вал
вал-валентность
2)CrH3(могу предположить что это Хромид водорода,FeO-оксид железа,KCl-хлорид калия,Al2S3 сульфид алюминия(но формула не точна,так как у серы нет постоянной валентности(могу ошибаться)
Какие из растворов веществ - NaOH, AgNO3, K2S, NaCl, H2SO4, CuCl2 - надо слить попарно для получения: А) сероводорода H2S↑ Б) г
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить цепочку превращений веществ: Алюминий - Сульфид алюминия - хлори
Массовые доли углерода, водорода и кислорода в альдегиде равны соответственно 54,55%, 9,09% и 36,36%. Выведите формулу альдегида
Химия сделайте быстрее. вычислить массу кислорода который образуется при разложении 50граммов пероксида водорода
Закончить уравнение реакций 1)HF+SO3 2)CrOH3+SO3 3)N2O5+Na2O 4)N2O5 + KOH 5)HF+KOH 6)N2O5+Na2O 7) HF+ Na2O
Определить валентность никеля в оксиде никеля, если его эквивалентная масса в этом соединении равна 19,57г/моль-экв. распишите п
Помогите пожалуйста . Заранее спасибо .В 100 грамм воды при 80C растворяется 355,74 г иодида кальция .Определите массовую долю и
Приведите примеры соединений углерода в которых степени окисления углерода а) -4, +2, +4 б) -3, -2, -1, +1, +2, +3
Лантаноиды и актиноиды являются химическими элементами, которые присутствуют в рядах лантаноидов и актиноидов периодической таблицы соответственно. Эти элементы известны как элементы блока f. Это потому, что их валентные электроны находятся на орбите своих атомов. Все лантаноиды и актиноиды являются металлами. Их также называют внутренними переходными металлами. Это потому, что их внешние f-орбитали защищены другими орбиталями. Этим элементам даны названия как таковые, поскольку ряд актинидов начинается с химического вещества, называемого актинием, а ряд лантаноидов начинается с химического элемента, называемого лантаном. Основное различие между актинидами и лантаноидами заключается в том, что актиниды могут легко образовывать комплексы, тогда как лантаноиды не образуют комплексов легко.
Ключевые области покрыты
1. Что такое лантаноиды
- Определение, химические реакции и свойства
2. Что такое актиноиды
- определение, химические свойства
3. В чем разница между лантаноидами и актиноидами
- Сравнение основных различий
Ключевые слова: актиноиды, актиний, блочные элементы F, металлы внутреннего перехода, лантаноиды, лантаноиды, лантан
Что такое лантаноиды
Лантаноиды - это химические элементы, которые можно найти в серии лантаноидов блока f в периодической таблице элементов. Лантаноиды нерадиоактивны, за исключением прометия. Поскольку атомные номера лантаноидов находятся в диапазоне от 57 до 71, они также состоят из сравнительно больших атомов. Валентные электроны лантаноидов находятся на 4f орбитали. Их также называют Лантаноиды.
Лантаноиды являются металлами и имеют яркий и серебристый вид. Они очень мягкие и даже могут быть порезаны ножом. Элементы лантана, церия, празеодима, неодима и европия серии лантаноидов обладают высокой реакционной способностью по сравнению с другими элементами. Когда эти металлы подвергаются воздействию воздуха, они образуют покрытия из оксидов. По этой причине они запятнаны.
Лантаноиды быстро реагируют с горячей водой, но медленно с холодной водой. Когда эти металлы загрязнены другими металлами, такими как кальций, они быстро разъедают. Но когда лантаноиды загрязняются неметаллами, такими как азот и кислород, они становятся хрупкими. Эти загрязнения изменяют температуру кипения лантаноидов.
Лантаноиды быстро растворяются в кислотах. Они могут реагировать с кислородом и галогенидами, но медленно. Наиболее заметное состояние окисления лантаноидов - +3. Другие состояния окисления, которые показывают Лантаноиды, +2 и +4. Но они не могут иметь степень окисления +6. Следовательно, они не могут образовывать сложные молекулы. Лантаноиды не образуют оксокатионов, таких как оксиды и гидроксиды. Молекулы, образованные лантаноидами, являются менее основными.
Рисунок 1: нитраты лантаноидов
Почти все ионы, образованные лантаноидами, бесцветны. Лантаноиды являются электроположительными элементами. Поэтому они предпочитают формировать молекулы с электроотрицательными элементами. Тем не менее, изменения в химических и физических свойствах очень меньше на протяжении всей серии.
Что такое актиноиды
Актиноиды - это химические элементы, которые можно найти в серии актинидов блока f в периодической таблице элементов. Все актиноиды являются радиоактивными элементами из-за их нестабильной природы. У них нет стабильных изотопов. Эти элементы состоят из очень больших атомов. Актиноиды имеют свои валентные электроны на 5f орбитали. Серия актинидов состоит из химических элементов, имеющих атомные номера от 89 до 103.
Актиноиды высоко электроположительны. Это означает, что у них очень мало или нет сродства к электрону. Так как это очень реактивные элементы, они легко воспламеняются в воздухе. Хотя они и являются металлами, актиноиды очень мягкие. Некоторые из них можно даже порезать ножом.Все актиноиды являются парамагнитными (могут притягиваться внешним магнитным полем).
Рисунок 2: Актиниды
Наиболее распространенными и распространенными актиноидами на земле являются уран и торий. Они слабо радиоактивны и выделяют высокую энергию во время радиоактивного распада. Видное состояние окисления среди актиноидов +3. Кроме того, актиноиды показывают степени окисления, такие как +4, +5 и +6.
Актиноиды образуют основные оксиды и гидроксиды. Они обладают способностью образовывать комплексы с лигандами, такими как хлориды, сульфаты и т. Д. Большинство комплексов актиноидов являются красочными. Однако из-за радиоактивности и поведения тяжелых металлов актиноиды считаются токсичными соединениями.
Разница между лантаноидами и актиноидами
Определение
лантаноидов: Лантаноиды - это химические элементы, которые можно найти в серии лантаноидов блока f в периодической таблице элементов.
актиноидов: Актиноиды - это химические элементы, которые можно найти в серии актинидов блока f в периодической таблице элементов.
Ряды в периодической таблице
лантаноидов: Лантаноиды относятся к серии лантаноидов.
актиноидов: Актиноиды входят в серию актиноидов.
радиоактивность
лантаноидов: Лантаноиды являются нерадиоактивными элементами (кроме прометия).
актиноидов: Актиноиды являются радиоактивными элементами.
Валентные Электроны
лантаноидов: Лантаноиды имеют свои валентные электроны на 4f орбитали.
актиноидов: Актиноиды имеют свои валентные электроны на 5f орбитали.
Окислительные состояния
лантаноидов: Лантаноиды могут иметь максимум +4 степени окисления.
актиноидов: Актиноиды могут иметь максимум +6 степени окисления.
Атомные номера
лантаноидов: Лантаноиды включают элементы с атомными номерами в диапазоне от 57 до 71.
актиноидов: Актиноиды включают элементы с атомными номерами в диапазоне от 89 до 103.
Заключение
Лантаноиды и актиноиды являются f блочными элементами периодической таблицы. Они металлические, но очень мягкие. У них разные химические свойства. Основное различие между актиноидами и лантаноидами заключается в том, что актиниды могут легко образовывать комплексы, тогда как лантаноиды не образуют комплексов легко.
Ссылка:
Лантаноиды и актиноиды располагаются в третьей побочной группе Периодической системы. Эти элементы следуют в таблице сразу после лантана и актиния и поэтому их называют соответственно лантаноиды и актиноиды. В короткой форме Периодической системы Д.И. Менделеева они вынесены в два последних ряда. Они относятся к f -элементам.
У в атомах лантаноидов и актиноидов происходит заполнение соответственно 4 f - и 5 f -подуровней.
Лантаноиды очень сходны по химическим свойствам. Близость свойств соединений лантаноидов обусловлена тем, что застройка внутренней 4 f -оболочки атомов мало сказывается на состоянии валентных электронов. В образовании химической связи 4 f -электроны лантаноидов обычно не принимают участия.
Электроны заполняют 4 f -, а не 5 d -подуровень потому, что в этом случае они обладают меньшей энергией. Однако разница в энергиях 4 f - и 5 d -состояний очень мала. Благодаря этому один из 4 f -электронов (а в некоторых случаях, например, у церия, два 4 f --электрона) легко возбуждается, переходя на 5 d -подуровень, и становится, таким образом, валентным электроном. Поэтому в большинстве своих соединений лантаноиды имеют степень окисления +3, а не +2. Это обстоятельство объясняет близость свойств лантаноидов к свойствам элементов подгруппы скандия.
В пределах одного периода с возрастанием порядкового номера размеры атомов элементов уменьшаются. Подобная закономерность наблюдается не только для элементов главных подгрупп, но, за немногими исключениями, и для элементов побочных подгрупп. Такое же уменьшение радиусов атомов имеет место и в случае лантаноидов (лантаноидное сжатие).
В виде простых веществ все лантаноиды представляют собой серебристо - белые металлы (желтизна празеодима и неодима обусловлена образованием на поверхности пленки оксидов). Они хорошо куются. Почти все лантаноиды парамагнитны, только гадолиний, диспрозий и гольмий проявляют ферромагнитные свойства.
В ряду Се— Lu в изменении плотности, температур плавления и кипения проявляется внутренняя периодичность, т. е. указанные свойства металлов подсемейства церия изменяются с такой же последовательностью, как и у металлов подсемейства тербия (табл.1 ).
Физические свойства лантаноидов
Температура , 0 С
Подс емсйстео тербия
Температуры плавления в этом ряду возрастают, исключение составляют только европий и иттербий. Они имеют также относительно более низкие, чем у остальных элементов, температуры кипения.
Лантаноиды, как и лантан, по реакционной способности уступают лишь щелочным и щелочноземельным металлам. Во влажном воздухе они быстро тускнеют (вследствие образования оксида) , а при нагревании до 200—400°С на воздухе воспламеняются и сгорают с образованием смеси оксидов (Э 2 0 3 ) с нитридами (Э N ). Церий в порошкообразном состоянии даже при обычных условиях легко воспламеняется на воздухе. Это свойство церия нашло применение при изготовлении кремней для зажигалок.
4Э +3О 2 =2Э 2 О 3
Лантаноиды взаимодействуют с галогенами, а при нагревании — с азотом, серой, углеродом, кремнием, фосфором, водородом.
2Э +3 Cl 2 =2Э Cl 3
Э + 2 С = ЭС 2 или 2Э + 3С = Э 2 С 3
Карбиды, нитриды и гидриды лантаноидов взаимодействуют с водой с образованием гидроксида и соответственно ацетилена или различных углеводородов, аммиака и водорода.
Э N + 3Н 2 О = Э(ОН) 3 + N Н 3
ЭС 2 + Н 2 О = Э(ОН) 3 +С 2 Н 2
ЭН 2 +Н 2 О = Э(ОН) 3 +Н 2
Находясь в ряду напряжений значительно левее водорода (электродные потенциалы их колеблются е пределах от —2,4 до —2,1 В), лантаноиды окисляются горячен водой по реакции:
2Э + 6Н 2 0 = 2Э(ОН) 3 + 3Н 2 .
Они хорошо взаимодействуют с разбавленными растворами НС1, HN 0 3 и H 2 S 0 4 .
2 Э +6Н Cl =2 ЭС l 3 +3 H 2
В растворах фосфорной и плавиковой кислот лантаноиды устойчивы, так как образуют защитные пленки малорастворимых солей. В водных растворах щелочей лантаноиды не растворяются. Химическая активность элементов в ряду Се— Lu несколько снижается, что связано с уменьшением радиусов их атомов и ионов.
Оксиды лантаноидов отличаются высокой химической прочностью и тугоплавкостью. Например, La 2 0 3 плавится при температуре выше 2000°С, а Се0 2 — около 2500°С. В воде они практически нерастворимы, хотя интенсивно (с выделением теплоты) взаимодействуют с ней с образованием соответствующих гидроксидов Э(ОН) 3 . Гидроксиды также труднорастворимы в воде. В ряду лантаноидов основная сила гидроксидов постепенно уменьшается с уменьшением радиусов в результате лантаноидного сжатия. С уменьшением ионных радиусов увеличивается прочность связи с кислородом. Поэтому гидроксиды последних лантаноидов - иттербия и лютеция – проявляют слабую амфотерность .
Оксиды и гидроксиды лантаноидов растворяются в кислотах (кроме HF и Н 3 Р0 4 ).
Соли лантаноидов со степенью окисления +3 почти не гидролизуются, поскольку Э(ОН) 3 -довольно сильные основания. Хорошо растворимые соли (хлориды, нитраты, сульфаты) образуют различные кристаллогидраты. Мало растворимы фториды, карбонаты, фосфаты, оксалаты. Многие соли Э 3+ образуют с аналогичными солями щелочных металлов хорошо кристаллизующиеся двойные соли. Раньше их применяли для разделения РЗЭ кристаллизацией.
Э 2 (SO 4 ) 3 + Ме 2 SO 4 = Ме 2 SO 4 · Э 2 (SO 4 ) 3
Ионы Э 3+ в водном растворе образуют гидратные комплексы [Э( H 2 0) n ] 3+ , n =8. Гидратированные ионы окрашены: Се 3+ - бесцветный, Р r +3 - желто-зеленый, Nd 3+ - красно-фиолетовый, Р m 3+ - розовый, Sm 3+ -желтый, Eu 3+ , Gd 3+ , Tb 3+ - бесцветные, Dy 3+ - бледно-желто-зеленый, Но +3 - коричневато-желтый, Ег +3 - розовый, Т m - бледно-зеленый, Yb 3+ , Lu 3+ — бесцветные. Ион Ce 4 + ( p ) имеет ярко-желтую окраску.
Некоторые лантаноиды имеют, помимо характеристической, еще степени окисления +4 и +2. Среди лантаноидов, проявляющих степень окисления +4, выделяется церий. Относительно более стабильные соединения в степени окисления +2 дает европий.
Диоксид СеО 2 образуется при непосредственном взаимодействии компонентов . Он плавится при 2600 0 С под давлением кислорода, начинает отщеплять кислород только при 2300 0 С. При 1250 0 С Се0 2 восстанавливается водородом до Се 2 0 3 . Диоксид церия не растворяется в воде, а после прокаливания и в кислотах, и в щелочах. СеО 2 -.является сильным окислителем, например, выделяет хлор из соляной кислоты:
2CeO 2 +8HCI = 2CeCl 3 +CL 2 + H 2 0
Гидроксид церия Се(ОН) 4 при взаимодействии с кислотами-восстановителями образует соли со степенью окисления церия +3:
2Се(ОН) 4 + 8НС1 = 2СеС1 3 + С1 2 + ЗН 2 0.
Из солей кислородсодержащих кислот, содержащих ионы лантаноидов со степенью окисления +4, известны только производные церия. Сульфат Ce ( S 0 4 ) 2 получается нагреванием Се0 2 с горячей концентрированной серной кислотой. Ce ( S 0 4 ) 2 — порошок желтого цвета, хорошо растворяется в воде, подвергается гидролизу. Сульфат церия из водных растворов выделяется в виде розовых кристаллов с различным содержанием воды, среди которых доминируют кристаллогидраты с 8 молекулами воды. Известны только основные нитраты и карбонаты: Ce ( OH )( N 0 3 ) 3 и Се 2 (ОН) 2 (СО 3 ) 3 . В то же время Се (+4) образует устойчивые ацетат и перхлорат: Се(СН 3 СОО) 4 , Се(С10 4 ) 4 .
Для Ce (+4) известны довольно устойчивые комплексы [Се(С 2 О 4 ) 3 ]' 2_ и [Се( N 0 3 ) 6 ] -2 . Из галогенидных комплексов наиболее устойчивы фторидные.
Степень окисления +2 наиболее характерна для европия, хотя известны оксиды, галогениды и сульфаты самария и иттербий в степени окисления +2. Нагреванием на воздухе Eu 2 0 3 с графитом до 1700 0 С получен темно-коричневый оксид Е u О. Монооксид европия — тугоплавкие кубические кристаллы — медленно разлагается водой с выделением водорода, т. е. является сильным восстановителем. Известны также монооксиды самария и иттербия . Восстановлением EuF 3 водородом при 1000 0 С можно получить дифторид EuF 2 . Известны дихлориды, дибромиды, дииодиды Sm , Eu , Tm и Yb . Их устойчивость в указанном ряду лантаноидов снижается слева направо и, естественно, от хлоридов к иодпдам.
Катодным восстановлением сульфатов Э(+3) получены белый EuSO 4 , светло-зеленый YbSO 4 , и красный SmSO 4 .
Все производные лантаноидов в степени окисления +2 являются восстановителями, например :
2 YbSO 4 +H 2 SO 4 = Yb 2 (SO 4 ) 3 + H 2
Из актиноидов наибольшее значение имеют лишь торий, уран и плутоний. Поэтому рассмотрим их более подробно.
Торий, уран и плутоний - серебристо-белые твердые металлы, на воздухе быстро покрываются темной пленкой из оксидов и нитридов. Некоторые физические свойства некоторых актиноидов указаны в табл. 2
Физические свойства некоторых актиноидов
Плотность, кг/м 3
Данные элементы радиоактивны, периоды полураспада для 232 Th , 238 U и 239 Pu составляют соответственно 1,40 •10 10 , 4,5•10 9 и 24 400 лет.
Для остальных актиноидов характерны следующие степени окисления :
протоактиний +4, +5 и +6
нептуний и плутоний наиболее характерна степень окисления +3 и
+4, получены соединения со степенями
америций и кюрий наиболее характерна степень окисления +3,
имеются соединения со степенью окисления
берклий следующие наиболее характерна степень окисления +3.
за ним элементы
Актиноиды, подобно лантаноидам, характеризуются высокой химической активностью. В высокодисперсном состоянии Th , U и Pu активно поглощают водород, образуя нестехиометрические металлоподобные соединения, состав которых приближается к ЭНз. Термическое разложение UH 3 можно использовать для получения особо чистого водорода.
При нагревании в присутствии кислорода эти металлы образуют' оксиды: бесцветный Т hO 2 , темно-коричневый UO 2 , желто-коричневый Р uO 2 .
Это тугоплавкие соединения, особенно Т hO 2 (т. пл. 3220 °С). При более сильном нагревании (до красного каления) уран образует темно-зеленый оксид U 3 O 8 , формулу этого соединения можно записать U 2 +4 U +6 O 8 .
Гидроксиды Э(ОН) 3 малорастворимы в воде и имеют основный характер. Гидроксиды Э(ОН) 4 имеют основный характер и также нерастворимы в воде
Рассматриваемые металлы реагируют с кислотами, образуя соли Э +4 .
Э + 2Н 2 SO 4 = Э( SO 4 ) 2 + 2 H 2
Соли, в которых актиноиды находятся в состоянии окисления +4, напоминают по свойствам соли Се 4+ . Соли актиноидных металлов, в которых последние находятся в степени окисления +3, сходны по свойствам с аналогичными солями лантаноидов.
При действии на уран избытка фтора образуется гексафторид UF 6 бесцветное, легко возгоняющееся кристаллическое вещество (давление его пара 101 кПа при 56,5 °С). Это единственное соединение урана, существующее в газообразном состоянии при низкой температуре. Данное обстоятельство имеет большое практическое значение, поскольку разделение изотопов 235 U и 238 U (с целью получения атомной энергии) осуществляют с помощью процессов, протекающих в газовой фазе (центрифугирование, газовая диффузия). При растворении в воде UF 6 гидролизуется
UF 6 +2Н 2 О = U О 2 F 2 +4 HF
Тетрафторид UF 4 получают действием HF на U О 2 .
U О 2 + 4 HF = UF 4 + 2Н 2 О
Аналогичными свойствами обладают гексафториды нептуния и плутония.
С хлором уран образует легко растворяющийся в воде тетрахлорид UCl 4 . При избытке хлора получается UCI 5 , легко диспропорционирующий на UCl 4 и UC 1 6 .
При нагревании уран активно взаимодействует с азотом, серой и другими элементными веществами.
Соединения U +4 в подкисленных водных растворах легко окисляются до шестивалентного состояния с образованием ярко-желтых солей уранила. Поскольку с увеличением заряда иона актиноида усиливается его взаимодействие с водой (гидролиз), то в водном растворе ионы Э 5 + и Э 6 + не существуют. В воде они превращаются соответственно в ионы ЭО 2 + и ЭО 2 2+ . Связи атомов кислорода с ионами актиноидов в состоянии окисления + 5 и +6 настолько прочны, что ионы ЭО 2 + и ЭО 2 2+ остаются неизменными при многих химических превращениях. Гидроксид уранила при нагревании разлагается, образуя оксид U О 3 . При действии Н 2 О 2 на раствор нитрата уранила образуется желтый пероксид урана:
U0 2 (N0 3 ) 2 + Н 2 0 2 + 2Н 2 0 = U0 4 •2Н 2 0 + 2HN0 3
Для соединений актиноидов чрезвычайно характерны реакции диспропорционирования. Например, ион пятивалентного плутония Р u О 2 + в водном растворе диспропорционирует на ионы трехвалентного и шестивалентного плутония:
3 Pu 0 2 + + 4Н + = Р u 3+ + 2 PuO 2 2+ + 2Н 2 0
Многие соли актиноидов хорошо растворимы в различных органических растворителях, не смешивающихся с водой. На этом основана экстракция соединений актиноидов органическими веществами из водных растворов. Экстракционные процессы нашли широкое применение в технологии выделения и разделения, близких по свойствам актиноидов.
f –элементы в природе и их применение.
В природе лантаноиды очень рассеяны и в свободном виде не встречаются, а лишь в ; сочетании друг с другом или с лантаном и иттрием. При отделении рассматриваемых элементов друг от друга большие трудности возникают ввиду чрезвычайного сходства свойств лантаноидов. Содержание лантана и лантаноидов в земной коре составляет 0,01 %' (масс), т. е. примерно такое же, как меди. Наиболее распространены гадолиний, церий и неодим, наиболее редко гольмий, тулий и лютеций.
Очень редко встречается радиоактивный элемент прометий. Впервые он выделен в 1947 г. из продуктов деления урана в ядерном реакторе.
Лантаноиды обычно получают электролизом расплавленных хлоридов или фторидов. Они могут быть также получены металлотермическим способом при восстановлении фторидов или хлоридов активными металлами.
Лантаноиды используют в производстве особых марок чугуна и высококачественных сталей. Введение, этих элементов в чугун в виде ферроцерия (сплав церия с железом) или сплава различных лантаноидов повышает прочность чугуна. Небольшие добавки лантаноидов к стали очищают ее от серы, азота и других примесей, так как лантаноиды, являясь химически активными металлами, взаимодействуют с примесями. При этом повышаются прочность, жаропрочность и коррозионная устойчивость сталей. Такие стали пригодны для изготовления деталей сверхзвуковых самолетов, оболочек искусственных спутников Земли. С помощью лантаноидов получают также жаропрочные сплавы легких металлов —магния и алюминия. Благодаря сплавам лантаноидов проводят металлотермическое восстановление многих металлов (титана, ванадия, циркония, ниобия, тантала и др.), используя в этом процессе большое сродство лантаноидов к кислороду.
Важную роль играют лантаноиды и в силикатной промышленности. При добавлении к жидкой массе стекла оксидов лантаноидов стекло приобретает высокую прозрачность. Оно становится при этом устойчивым не только к действию ультрафиолетовых лучей, но и к рентгеновскому излучению. Стекла с добавкой лантаноидов необходимы для астрономических и спектроскопических приборов. Стекла окрашиваются в ярко-красный цвет от присутствия Nd 2 0 3 , в зеленый — от Р r 2 0 3 . Оксиды лантаноидов пригодны также для окраски фарфора, глазурей и эмалей.
Оксиды гадолиния, самария и европия входят в состав защитных керамических покрытий от тепловых нейтронов в ядерных реакторах. Соединения лантаноидов входят в состав красок, лаков, люминофоров (светящиеся составы), катализаторов.
Все актиноиды радиоактивны. За период существования Земли большинство из них полностью распалось и в настоящее время в природе не встречаются. Поэтому их получают искусственно. Существование в природе тория, протактиния и урана объясняется тем, что они имеют сравнительно стабильные изотопы, т.е. изотопы с большим периодом полураспада.
Промышленным источником тория служат монацитовые пески. Они также являются сырьем для получения редкоземельных элементов. Известны богатые по содержанию минералы торит ThSi 0 4 и торианит ( Th , U )0 2 . Однако они редко встречаются в природе и не образуют больших скоплений.
Протактиний чрезвычайно рассеянный элемент. Его добывают из отходов переработки урана. Однако в настоящее время изотоп протактиния-231 синтезируют искусственным путем в ядерных реакторах. Таким способом его получают в больших количествах, чем из уранового сырья.
Для урана известно около 200 минералов. Однако промышленное значение имеют лишь немногие. К их числу относится минерал настуран (урановая смолка, или урановая обманка). Обычно ему приписывают формулу U 3 O 8 . Довольно широко распространен также минерал отэнтит - Ca ( U 0 2 ) 2 ( P 04) 2 • H 2 0. В ничтожных количествах в природе также встречаются нептуний и плутоний. Однако их существование объясняется тем, что в природе происходят ядерные процессы, подобные тем, которые человек производит в ядерных реакторах.
В настоящее время в различных странах мира существует хорошо налаженное производство актиноидных металлов в следующих масштабах (за один год):
Нептуний Десятки килограм- Калифор- Доли грамма
Плутоний Тонны Эйнштей- Доли миллиграмма
Америций Десятки килограм- ний
мов Фермий Миллиарды атомов
Кюрий Килограммы Менделевий Тысячи атомов
Из актиноидов наибольшее применение нашли уран и плутоний. Дело в том, что ядра двух изотопов урана ( 235 U и 233 U ), а также двух изотопов плутония ( 239 Р u и 241 Р u ) при захвате нейтрона способны делиться на два осколка, причем в каждом акте ядерного деления, наряду с осколками, делящееся ядро испускает два или три нейтрона. Благодаря этому становится возможным не только продолжение начавшегося деления ядер, но и лавинообразное его нарастание (рис. 1).
Деление ядер связано с огромным выделением энергии. Так, при делении урана-235 происходит выделение около 75 млн. кДж энергии на 1 г урана. Это обусловило использование урана и плутония в качестве ядерного горючего в атомных энергетических установках и в качестве взрывчатого вещества в атомных бомбах.
Для взрыва ядерного материала необходимо такое развитие цепного процесса, при котором выделившаяся э нергия достигнет взрывного порога. Это может быть обеспечено при определенной массе делящегося вещества. Минимальную массу этого вещества, необходимую для взрыва, называют критической. Однако, если два куска делящегося материала, которые в сумме составляют критическую массу, находятся на каком-то расстоянии друг от друга, то взрыва не происходит. Достаточно соединить эти куски и произойдет взрыв. После сказанного будет понятен принцип устройства атомной бомбы (рис. 2): запал 4 обеспечивает взрыв обычного взрывчатого вещества 1, это приводит в соприкосновение куски ядерного горючего 2, которые вместе составляют критическую массу, и происходит взрыв.
Петров М.М. и др. Неорганическая химия. - Л.: Химия, 1998.
Угай Я.А. Неорганическая химия : Учебник для хим. Спец. Вузов. – М.: Высшая школа, 1989.
Карапетьянц М.Х. , Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. Учебник для вузов. – М.: Химия,1993.
Читайте также: