Актиноиды

 

В семейство актиноидов входят торий Th 5f0­­6s26p66d27s2, протактиний Pr 5f2 6d17s2, уран U 5f3 6d17s2, нептуний Np 5f4 6d17s2, плутоний Pu 5f6 6d07s2, америций Am 5f7 6d07s2, кюрий Cm 5f7 6d17s2, берклий Bk 5f8 6d17s2, калифорний Cf 5f10 6d07s2, эйнштейний Es 5f11 6d07s2, фермий Fm 5f12 6d07s2, менделевий Md 5f3 6d07s2, нобелий No 5f14 6d07s2 и лоуренсий Lr 5f14 6d17s2. Для актиноидов характерен распад ядер за счет спонтанного деления. Химическое изучение актиноидов существен­но затрудняется радиоактивным распадом и радиоактивными излуче­ниями, вызывающими химические изменения в изучаемых системах.

Уран, торий и протактиний содержатся в земной ко­ре. Торий и уран относятся к рассеянным элементам, а протактиний – к редким. Богатые торием или ураном минералы встре­чаются редко; к ним относятся торит ThSiO4 и уранинит UO2–3. Протактиний сопутствует урану. Остальные актиноиды в природе не встречаются (за исключе­нием ничтожных количеств нептуния и плутония); были полу­чены в 1940–1961 гг. искусственным путем с помощью ядерных реак­ций.

Простые вещества. В виде простых веществ торий Th, протактиний Pr, уран U, нептуний Np, плутоний Pu, америций Am, кюрий Cm – серебристо-белые ме­таллы с высокой плотностью и относительно высокими температурами плавления и кипения. Актиноиды химически активны: на воздухе большинство из них постепенно окисляется кислородом и азотом, при сгорании металлов в кислороде образуются соединения, соответствующие наиболее устойчи­вым степеням окисления актиноидов. Так:

Th + O2 = Th+4O2

4Ра + 5O2 = 2Ра2+5O5

3U + 4O2 = U+4O2∙2U+6O3

Pu + O2 = Pu+4O2

При нагревании актиноиды взаимодействуют и с большинством других неметаллов. Получающиеся соединения характеризуются высокими теплотами образования. Торий, уран и другие актиноиды спо­собны поглощать большие количества водорода, образуя гидриды переменного состава – между ЭН2 и ЭН4. С металлами актиноиды образуют сплавы, в составе которых обнаруживаются интерметаллиды. В электрохимическом ряду напряжений актиноиды находятся далеко впереди водорода, поэтому окисляются водой и тем более кислотами.

Th + 2Cl2(500° С) = ThCl4

Th + 4H2O(пар, 150-280° С) = Th(OH)4 + 2H2

Th + 4HCl(конц., гор.) = Th(OH)4 + 2H2

U + 2Cl2(40-60° С) = UCl4

U + 2H2O(медленно, 150-200° С) = UO2↓ + 2H2

U + 4HCl(конц.) = UCl4 + 2H2↑ (примесь UCl3)

4U + 14HNO3(конц.) = 4UO2(NO3)2 + 3N2O↑ + 7H2O

Получение и применение.Актиноиды получают электролизом расплавленных соединений, металлотермически, а также термическим разложением соединений в вакууме при высокой температуре. Так, U и Th выделяют электролизом их расплавленных, комплексных фторидов; Th, Np, Pu, Am, Cm – восстановлением фто­ридов парами бария, кальция, натрия, а Ра – термическим разложением соединений:

NpF4 + 2Ва = Np + 2ВаF2; 2РаСl3 = 2Ра + 5Сl2

Берклий Bk, калифорний Cf, эйнштейний Es, фермий Fm, менделе­вий Md, нобелий No и лоуренсий Lr в металлическом состоянии в достаточных количествах не выделены. Свойства этих металлов мало изучены; по-видимому, по физическим и химическим свойствам они сходны с лантаноидами.

Применение актиноидов иих соединений связано в основном с использованием их внутриатомной энергии в ядерных реакторах и атомных бомбах. Торий используют как легирующую добавку сплавов.

Соединения Э (III). Степень окисления +3 проявляют все актинои­ды. Однако для тория, протактиния и урана степень окисле­ния +3 мало характерна; их немногочисленные соединения устойчивы лишь в твердом состоянии.

Гидроксиды актиноидов Э(ОН)3 мало растворимы в воде и проявляют выраженные оснóвные свойства. В частности, они легко взаимодейству­ют с кислотами.

Из соединений в воде растворимы Э(NO3)3, ЭСl3, ЭBr, ЭI3, Э2(SO4)3, трудно растворимы ЭF3, ЭРО4 и др.

Соединения Th (III), Ра (III), U (III) и Np (III) – сильные восстано­вители. Например, они разлагают воду:

2UCl3 + 4Н2О = 2U(ОН)2Cl2 + Н2 + 2НCl

Восстановительная активность производных Pu (III) проявляется менее энергично. Однако в растворах они довольно легко окисляются кисло­родом воздуха.

Соединения Э (IV). Степень окисления +4 наиболее типична для тория и плутония, а также проявляется у протактиния, урана, непту­ния, америция и кюрия.

В химическом отношении актиноиды (IV) сходны друг с другом и с церием (IV), а также с элементами IVВ-группы (подгруппа титана).

Для актиноидов (IV) известны изоморфные кристаллические окси­ды ThO2, PaO2, UO2, NpO2, AmO2. Некоторые из них тугоплав­ки; в воде практически не растворяются и с ней химически не взаимодей­ствуют; практически не растворяются и в разбавленных кислотах. Со щелочами не взаимодействуют даже при сплавлении.

Гидроксиды Э(ОН)4 проявляют довольно слабо выраженные оснóв­ные свойства. Получают Э(ОН)4 по обменным реакциям.

У актиноидов (IV) хорошо растворимы в воде нитраты, умеренно – сульфаты, плохо – фосфаты, карбонаты, иодаты и др. Растворимые соединения сильно гидролизуются.

Производные Am (IV) и Cm (IV) – окислители. Они, например, окисляют концентрированную соляную кислоту:

2AmO2 + 8НCl = 2AmCl3 + Cl2 + 4Н2О

Для восстановления же соединений U (IV) и Np (IV) требуются сильные восстановители (например, водород в момент выделения); перевести их в более высокую степень окисления легко даже такими окислителями, как I2, Fe3+, HNO3.

Соединения Э (V). Состояние окисления +5 наиболее устойчиво для протактиния и нептуния, реже проявляется у плутония. Актинои­ды (V) обнаруживают сходство с элемен­тами, подгруппы ванадия, но в большей степени проявляют оснóвные свой­ства.

Pa2O5 + H2SO4 = (PaO2)2SO4 + H2O

PaO2(OH) + HCl = PaO2Cl + H2O

Аналогично ведут себя оксиды и гидроксиды урана (V), нептуния (V) и плутония (V). Для указанных элементов наиболее устойчивы в водных раство­рах производные сложных катионов типа ЭО2+, например, UO2Cl, NpO2F, PuO2Cl.

Соединения Э (VI). Степень окисления +6 наиболее характерна для урана и может проявляться у нептуния, плутония и реже у амери­ция и кюрия. В этой степени окисления актиноиды напоминают элементы VIB-группы (подгруппа хрома).

Во многих соединениях урана и других актиноидов, находящихся в высокой степени окисления Э (V) и Э (VI), имеются атомные группи­ровки ЭО2+ и ЭО22+, сохраняющиеся без изменения при разнообразных химических реакциях. Эти группировки называют актинильными: 22+уранил, NpО22+нептунил, PaО22+протактинил и др.



У гидроксидов состава Н2ЭО4 оснóвные свойства преобладают над кислотными, и по химическому поведению их можно рассматривать как основания типа ЭО2(ОН)2. Они довольно легко взаи­модействуют с кислотами, образуя производные актинильных катио­нов ЭО22+, так:

ЭО2(ОН)2 + 2HNO3 = ЭО2(NO3)2 + 2Н2О

Такого же типа производные образуются при взаимодействии UO3, с кислотами:

UO3 + 2НСl = UO2Сl2 + Н2О

Кислотные признаки Н2ЭO4 проявляют лишь при сплавлении со щелочами:

Н2ЭO4 + 2КОН = К2ЭO4 + 2Н2О

Получаемые при этом уранаты (VI), нептунаты (VI), плутонаты (VI) малостойки и разрушаются водой.

Соединения Э (VII). При действии активных окислителей (О3, ClO, BrO) на сильнощелочные растворы оксонептунатов (VI) и оксоплутонатов (VI) образуются соединения нептуния (VII) и плутония (VII), так:

2K2NpO4 + O3 + 2KOН = 2K2NpO5 + O2 + H2O

Производные нептуния (VII) и в особенности плутония (VII) и америция (VII) проявляют сильные окислительные свойства.

 






Дата добавления: 2015-08-08; просмотров: 197; 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: 0.008 сек.