Лантаноиды

Лантаноиды относят к редким элементам: их содержание в земной коре не превышает по массе 0,01 %. Однако 0,01 % не так уж мало. Например, атомов церия — наиболее распространённого из лантаноидов — в природе содержится в пять раз больше, чем атомов свинца, а тулия — самого редкого из членов этого семейства — больше, чем йода. Единственное исключение — прометий, у которого нет стабильных изотопов, и потому он в природе практически не встречается.

В литературе нередко используется также термин редкоземельные элементы. Под ним понимают группу из 17 элементов, включающую трёх представителей побочной подгруппы третьей группы — скандий Sc, иттрий Y, лантан Lа и 14 лантаноидов (общий символ — Ln). Термин этот исторический. Раньше землями называли тугоплавкие оксиды многих элементов (магния, кальция, бария, алюминия и др.). Название «редкие земли» закрепилось первоначально за оксидами иттрия и церия, а затем было распространено и на другие близкие по свойствам элементы.

Монацитовый песок фото
Монацитовый песок

Один из важнейших минералов лантаноидов — монацит (Y, La, Ln)PO4 — содержит сразу все или почти все лантаниды, но в разном соотношении, а также иттрий и лантан. Название минерала происходит от греческого «моназо» — «уединяюсь», «обособляюсь», ведь монацит встречается обычно в виде отдельных зёрен. Из-за присутствия тория, а также следов других радиоактивных элементов монацитовая руда (монацитовый песок) радиоактивна.

Близкие значения ионных радиусов и очень похожие химические свойства делают лантаноиды настолько сходными, что долгое время их не удавалось разделить.

Как их открывали

Юхан Гадолин

В 1794 г. Юхан Гадолин (1760—1852) (в честь него назван элемент гадолиний) из университета города Або в Финлянди выделил из редкого минерала (теперь он именуется гадолинитом), найденного в местечке Иттербю близ Стокгольма, новую землю, которую назвал иттриевой. В 1803 г. из другого минерала Якоб Берцелиус и Вильгельм Хизингер, а также Мартин Клапрот (независимо от первых двух) получили цериевую землю, названную по имени малой планеты Цереры, открытой незадолго до этого.

Потребовалось еще несколько десятилетий, чтобы доказать, что эти земли неоднородны, т. е. не являются индивидуальными соединениями. Так, в 1839— 1841 гг. шведский химик карл Густав Мосандер (1797—1858) выделил из цериевой земли две новые — лантановую (от греч. «лантано» — «скрываюсь») и дидимовую (от греч. «дидимаон» — «близнецы»).

Долгое время дидим (Didymium, Di) считали химическим элементом, и Д. И. Менделеев включил его в свою первую таблицу, опубликованную в 1869 г. Позднее выяснилось, что дидим представляет собой смесь нескольких земель, главным образом оксидов двух элементов — неодима («нового дидима») и празеодима («зелёного дидима»).

Из иттриевой земли выделили сразу три элемента — иттрий, эрбий и тербий. Таюам образом, никому не известная до этого деревня Иттербю дала название сразу 4 элементам — иттербию, тербию, эрбию и иттрию!

Последним из встречающихся в природе лантаноидов был открыт лютеций. Он выделен в 1907 г. французским химиком Жоржем Урбеном ( 1872— 1938) и назван в честь Лютеции — римского поселения, на месте которого находится Париж.

Выделение редкоземельных элементов — это настоящий научный подвиг. В течение многих десятилетий учёные подвергали многократной кристаллизации, образующиеся при растворении природного минерала в кислотах. В результате перекристаллизации маточный раствор обогащается более растворимыми солями, а в осадке концентрируются менее растворимые соли. При последовательном проведении большого числа перекристаллизаций удается выделить соединения индивидуальных лантаноидов. Получение чистых солей редкоземельных элементов этим методом — исключительно трудоемкая работа. Так, например, для выделения чистых солей тулия перекристаллизацию выполняли 15 тыс. раз!

В настоящее время разработаны намного более эффективные методы разделения редкоземельных элементов (экстракция, хроматография), однако на отдельных стадиях разделения по-прежнему прибегают к перекристаллизации.

Прометий — искусственный элемент. Он был выделен в 1947 г. группой американских учёных из продуктов деления урана и назван в честь героя античной мифологии Прометея, который похитил огонь у богов и передал его людям, за что Зевс приказал приковать его к скале.

Химия лантаноидов

Лантан фото
Лантан

Лантан и лантаноиды — тугоплавкие металлы серебристо-белого цвета (с температурой плавления от 800 до 1600 оС). Некоторые лантаноиды, например гадолиний, проявляют ферромагнитные свойства (притягиваются магнитом, как железо), однако уже при легком нагревании теряют их.

Наиболее сильно ферромагнитные свойства выражены не у индивидуальных простых веществ, а у сплавов лантаноидов с ферромагнитными металлами. При сплавлении металлов иногда образуются химические соединения — интерметаллиды. Примером может служить SmCo5. На основе этого и подобных ему соединений в наше время изготовлены наиболее мощные постоянные магниты: сравнительно небольшой магнит, который умещается на ладони, способен удержать легковой автомобиль вместе с пассажирами!

В виде простых веществ лантан и лантаноиды химически очень активны, поэтому многие из них хранят под керосином, подобно щелочным и щелочноземельным металлам.

Европий

Для редкоземельных элементов наиболее типичны соединения в степени окисления +3. Известны также устойчивые соединения церия(IV) и тербия(IV), а также самария(II), европия(II) и иттербия(II).

При повышенной температуре лантаноиды легко окисляются, образуя оксиды состава Ln2О. Однако есть и исключения: церий образует диоксид СеО2, а тербий и празеодим — сложные оксидные фазы Pr6О11 (PrOl,83) и Tb4O7 (ТbО1,75) в которых часть атомов находится в степени окисления +4.

Лантан и лантаноиды легко вытесняют водород из разбавленных кислот:

2La + 6HCl = 2LaCl3 + 3H2↑,

а при нагревании — и из воды:

2La + 6Н2O = 2La(OH)3↓+ 3Н2↑.

Водные растворы солей многих лантаноидов окрашены. Соли празеодима и тулия — зелёного цвета, соли эрбия — нежно-розовые, неодима — розово-фиолетовые, самария и церия(IV)— жёлтые. Интересно, что такие соли не спутаешь с солями d-элементов (меди, железа, никеля): окраска лантаноидов более сложная, полихромная, как бы полученная путём смешения на палитре разных цветов. Соединения скандия, иттрия, лантана и церия(III), напротив, бесцветны.

Нитрат неодима и хлорид празеодима

Редкоземельные элементы нашли широкое применение во многих областях техники. Еще в ХIХ в. Карл Ауэр фон Вельсбах (он разделил дидим на неодим и празеодим) обнаружил, что церий и его сплавы обладают пирофорными свойствами, т. е. самовоспламеняются на воздухе. Это было очень важное событие в истории науки: сплав церия с железом (ферроцерий) и по сей день используется в зажигалках.

Учёный быстро оценил практическую пользу своего открытия и организовал завод по производству зажигалок. А на получаемые от продажи средства он основал научно-исследовательский институт по изучению редкоземельных элементов.

В металлургии редкоземельные металлы применяются в качестве раскислителей, а также легирующих добавок к чугунам и сталям.

Оксиды некоторых лантанидов используют как катализаторы крекинга нефти, а также для окраски стекол: добавка оксида неодима придает стеклу фиолетовый оттенок, эрбия — розовый, празеодима — зеленый, церия(IV)— жёлтый.

Соединения на основе сульфидов (Ln2S3) и оксисульфидов (Ln2О2S) редкоземельных элементов служат люминофорами в экранах цветных телевизоров и дисплеях компьютеров. В галогенные лампы вводят люминофоры на основе йодидов лантанидов. Они дают люминесцентное свечение разных цветов.

Скачать:

Скачать бесплатно реферат на тему: «Лантан» ЛАНТАН.docx (12 Загрузок)

Скачать бесплатно реферат на тему: «Химические свойства лантана»  Химические-свойства-лантана.docx (13 Загрузок)

Скачать бесплатно реферат на тему: «Лантаноиды»  лантаноиды.docx (14 Загрузок)

Скачать рефераты по другим темам можно здесь

*на изображении записи минерал монацит

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *