Лантаноиды

В семейство лантаноидов входят церий Се 4f25s25p65d06s2, празеодим Pr 4f3, неодим Nd 4f4, прометий Pm 4f5, самарий Sm 4f6, европий Eu 4f7, гадолиний Gd 4f75d1, тербий Tb 4f9, диспрозий Dy 4f10, гольмий Но 4f11, эрбий Er 4f12, тулий Tm 4f13, иттербий Yb 4f14 и люте­ций Lu 4f145d1.

Поскольку у лантаноидов валентными в основном являются 5d16s2-электроны, их устойчивая степень окисления равна +3. Однако элементы, примыкающие к лантану, гадолинию и лютецию имеют переменные степени окисления. При исключительной близости свойст­ва лантаноидов, однако, все же отлича­ются; при этом некоторые их свойства в ряду Се–Lu изменяются монотонно, другие – периодически. Монотонное изменение свойств объяс­няется лантаноидным сжатием, т. е. постепенным уменьшением атомных и ионных радиусов; периодическое изменение определяется характером заполнения 4f‑орбиталей.

Благода­ря близости свойств часто лантаноиды совместно с лантаном, иттрием, а также скандием объединяют в группу редкоземельных элементов (РЗЭ).

По содержанию в земной коре лантаноиды не уступают таким эле­ментам, как иод, сурьма, медь, но они очень рассеяны в природе. Известно более 200 минералов, содержащих лан­таноиды. Элементы этого семейства встречаются в природе всегда вместе друг с другом, а также с лантаном и иттрием. Наиболее важными минералами являются монацит ЭРО4, бастнезит ЭFСО3, лопарит (Na, Са, Э)­2(Tl, Nb, Та)2O6 и др.

Прометий – радиоактивен, в земной коре практически не встречается; обнаружен в продуктах деления ядер урана в атомных реакторах, и его получают искусственным путем.

Простые вещества. В виде простых веществ лантаноиды – тугоплавкие серебристо-белые металлы (Pr и Nd слегка желтоватого цвета). Ковки, обладают относительно невысокой твердостью, по электрической проводимости сходны с ртутью. По химической активности лантаноиды, как и La, уступают лишь щелочным и щелочно-земельным металлам. Во влажном воздухе покрываются оксидной пленкой. При нагревании (до 200–400°С) лантаноиды воспламеняются на воздухе и сгорают с образованием смеси оксидов и нитридов. Взаимодействуют с галогенами, а при нагревании – с азотом, серой, углеродом, кремнием, фосфором, водородом. С боль­шинством металлов они дают сплавы, при этом часто образуются интерметаллические соединения. Располагаясь в электрохимическом ряду напряжений далеко впереди водорода, лантаноиды окисляются водой, особенно горячей, при этом выделяя водород, тем более активно они взаимодействуют с кислотами. Пассивируются в HF и Н3РO4. Не реагируют с щелочами, гидратом аммиака.

2Э + 3Cl2 = ЭCl3

4Э + 3O2 = 2Э2O3 (кроме Се и Pt – они образуют CeO2, Pr6O11)

2Э + 6H2O(гор.) = 2Э(OH)3↓ + 3H2↑ (кроме Eu – он образует растворимый Eu(OH)2)

2Э + 6HCl(разб.) = 2ЭCl3↓ + 3H2

Получение и применение.Лантаноиды получают кальцийтермическим восстановлением их хлоридов и фторидов. Разделяют РЗЭ с помощью ионообменных смол и экстракцией соединений органически­ми растворителями.

Лантаноиды и их соединения применяются как легирующие добавки для улучшения механических свойств сплавов, как катализаторы в органических и неорганических синте­зах, а также в качестве материалов в радио- и электротехнике, в атомной энергетике. Пирофорность церия и ряда других лантаноидов используется для получения пирофорных сплавов – «кремней» зажигалок, трассирующих пуль. Благодаря высокой температуре плавления оксиды, сульфиды, нитриды и карбиды лантаноидов используются для изготовления огнеупорной керамики. Разнообразно применение соединений ланта­ноидов в производстве специальных стекол.

Соединения Э (III). Для лантаноидов в степени окисления +3 известны многочисленные бинарные соединения (Э2О3, ЭНаl3, Э2S3, ЭN, ЭН3) и разнообразные соли.

Оксиды лантаноидов Э2О3 – амфотерные соединения с преобладанием оснóвных свойств. В воде они практически не растворяются, но взаимодействуют с ней, образуя гидроксиды. Хорошо растворяются в НСl и НNO3, но, будучи прокалены, теряют химическую активность (как и Al2O3). При спекании взаимодействуют со щелочами (получены соединения состава LiЭО2, NaЭО2).

Гидроксиды лантаноидов Э(ОН)3 получают по обменным реакциям. Из солей лантаноидов (III) в воде растворимы хлориды ЭCl3, нит­раты Э(NО3)3, сульфаты Э2(SO4)3, мало растворимы фториды ЭF3, карбонаты Э2(СО3)3, фосфаты ЭРO4.

Гидриды лантаноидов – химичес­ки весьма активные вещества, очень энергично взаимодействуют с водой, кислородом, галогенами и другими окислителями; образуются при взаимодействии простых веществ (300–400°С). Все лантаноиды образуют гидриды состава ЭН2, а также, за исключением европия и иттербия, соединения, приближающиеся к составу ЭН3.

Соединения Э (IV). Степень окисления +4 характерна для церия, но может проявляться и у других лантаноидов. У церия (IV) выделены оксид СеО2, фторид СеF4, гидроксид СеО∙nН2О, немногочисленные соли – Се(ClO4)4, Се(SO4)2.

Диоксид СеО2 образуется при непосредственном взаимодействии прос­тых веществ или при термическом разложении некоторых солей церия (III). Прокаленный СеО2 химически довольно инертен, не взаимодействует с кислотами и щелочами.

Гидроксид Се(ОН)4 получается по обменной реакции в водном растворе в виде студенистого осадка переменного состава СеО∙nН2О; в отличие от Се(ОН)3 он проявляет амфотерные признаки.

Соединения других лантаноидов (IV) малостойки, они сильные окислители.

Соединения Э (II). Степень окисления +2 наиболее отчетливо про­является у европия. Производные Eu (II), Sm (II), Yb (II) напоминают соединения элементов подгруппы каль­ция. Оксиды ЭО и гидроксиды Э(ОН)2 – оснóвные соединения. Суль­фаты ЭSO4 в воде нерастворимы.

 






Дата добавления: 2015-08-08; просмотров: 224; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2018 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.009 сек.