На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


реферат Лантаноиды

Информация:

Тип работы: реферат. Добавлен: 08.10.2012. Сдан: 2012. Страниц: 11. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


?16
 
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ярославский государственный технический университет»
Кафедра общей и физической химии
 
 
 
 
 
 
 
Реферат по химии
 
“Лантаноиды”
 
 
 
 
 
Работу выполнила
студентка гр. ХТХ-19
_________ О. И. Латыпова
(подпись)
 
__________
   (число)
 
Работу проверил
преподаватель
к. н. х., доцент
__________Е. А. Смирнова
(подпись)
___________
   (число)
 
 
 
 
Ярославль 2008
Содержание
Введение
Семейство лантаноидов
Природные ресурсы
Открытие лантаноидов
Электронное строение
Простые вещества
Соединения лантаноидов
Соединения Э (III)
Соединения Э (IV)
Соединения Э (II)              11
Применение
Заключение
Список литературы

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

Данный реферат посвящён одной из важнейших и основополагающих тем в современной химии – теме химии элементов-металлов, а именно, лантаноидов.
За последние десятилетия неорганическая химия изменилась качественно и количественно. Если раньше считали, что неорганическая химия, в отличие от органической бедна соединениями, то теперь положение коренным образом изменилось.
Как простые вещества (собственно металлы), так и сложные металлсодержащие вещества играют важную роль в органической и минеральной «жизни» Земли. Достаточно вспомнить, что атомы (ионы) элементов-металлов являются составной частью соединений, определяющих обмен веществ в организме человека, животных, растений. С развитием производства металлов связано возникновение цивилизации («бронзовый» и «железный» века). Начавшаяся более 100 лет назад НТР, затронувшая и промышленность, и социальную сферу, также тесно связана с производством металлов.
По содержанию в земной коре лантаноиды не уступают таким элементам, как йод, сурьма, медь. Но они очень рассеяны в природе. Известно, например, более 250 минералов, содержащих лантаноиды, а также лантан и иттрий. Немаловажно, что элементы семейства встречаются в природе всегда вместе друг с другом.
Редкоземельные металлы в последнее время приобрели большое значение. Исключительная способность их соединяться со многими газами используется в вакуумной технике. В металлургии они применяются как легирующие добавки для улучшения механических свойств сплавов. Лантаноиды и их соединения используются в качестве катализаторов в органических и неорганических синтезах, а также в качестве материалов в радио- и электротехнике, в атомной энергетике.
Прогресс в практическом использовании лантаноидов (металлов и их соединений с другими элементами) определяется степенью изученности химии и физики лантаноидов. Знание их химических особенностей необходимо для дальнейшего усовершенствования и создания новых методов их разделения, оптимизации условий получения и эксплуатации практически важных соединений.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Семейство лантаноидов

Семейство лантаноидов - их часто обозначают общим символом Ln - относится к f–элементам шестого периода Периодической системы, к переходным элементам. При этом у этих элементов заполняется третий снаружи слой, 4f-подуровень. Лантаноиды относят к III группе, подгруппе Sc.
К лантаноидам относятся элементы: церий Ce, празеодим Pr, неодим Nd, прометий Pm, самарий Sm, европий Eu, гадолиний Gd, тербий Tb, диспрозий Dy, гольмий Ho, эрбий Er, тулий Tm, иттербий Yb и лютеций Lu.
По отношению к выше перечисленным элементам термин «лантаноиды» не вполне уместен, так как это древнегреческое слово буквально означает «подобные лантану», а на самом же деле подобными их назвать нельзя; поэтому правильнее называть эти элементы лантанидами, то есть «следующими за лантаном».

Природные ресурсы

Лантаноиды встречаются совместно с La и Y , природными источниками которых являются  монацитовый песок – изоморфная смесь ортофосфатов РЗЭ – ЭРО4 и ортосиликата тория-ТhSiO4. Известно много других минералов, содержащих РЗЭ: фосфаты, силикаты. РЗЭ - постоянная примесь (до 3%) к фосфоритам и апатитам.
Некоторую аномалию проявляют Eu и Yb: кроме того, что они встречаются в виде Э3+ с другими ГЗЭ, они сопутствуют в виде Э2+ элементам Ca, Sr, Ba. 
Суммарное содержание РЗЭ в земной коре составляет 0,016%. Наиболее распространены Ce (4,5*10-3%), Nd (2,5*10-3%), Gd (1*10-3%); наиболее редкие – Ho (1,3*10-7%), Tm(8*10-5%), Lu (1*10-4%); Pm в природе не встречается, его изотопы были получены с помощью ядерных реакций. В добываемой из природных источников смеси РЗЭ около 90 % составляют La, Ce, Pr, Nd.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Открытие лантаноидов

История открытия всех РЗЭ очень продолжительна, сложна и связана с большим числом ошибок и ложных обнаружений. В самом конце XVIII века шведский химик Гадолин в одном из минералов, найденных в Скандинавии около городка Иттерби и присланных ему для анализа, обнаружил неизвестную ранее «иттриевую землю». Берцелиус уже в начале XIX из минерала церита выделил «цериевую землю».
Несколько лет спустя, в 1843 году, Мозандер дробным осаждением разложил иттриевую землю на три составляющие. Земля, дающая розовые соли, была названа окисью тербия, дающая бесцветные соли – окисью иттрия, а дающая тёмно-жёлтую окись и бесцветные соли – эрбием. Позже эрбий и тербий перепутали: эрбием стали называть элемент, образующий розовые соли и окись, а тербием – элемент, образующий бесцветные соли и коричневую окись.
В 1878 году Лекок де Буабодран (Франция) открыл элемент самарий в минерале самарските, найденном на Урале горным инженером Самарским и отправленном им во Францию для анализа. В этом же году швейцарец Мариньяк, исследуя окись эрбия, выделил из розовых солей фракцию бесцветного вещества, названного им солью иттербия. Он же в 1886 году выделил из солей самария соединения нового элемента – гадолиния.
Фракции земель Мариньяка, расположенные между тербием и эрбием, были спектроскопически изучены Сорэ, который обнаружил «разделение» в спектре. Элемент Х, названный так Сорэ, впоследствии химиком Клеве был назван гольмием.
Элемент Тулий был обнаружен впервые Клеве. В 1886 году Лекок де Буабодран спектральным методом открыл в гольмии ещё один элемент – диспрозий (по-гречески труднодоступный).
В 1885 году австриец Ауэр фон Вельсбах нашёл, что дидим, описанный Мозандером, в свою очередь состоит из двух элементов – неодима («новый»), имеющего соли красного-фиолетового цвета, и празеодима («зелёный»), дающего соли, окрашенные в зелёный цвет.
Честь открытия европия принадлежит французу Лекоку де Буабодрану; лютеций открыли практически одновременно француз Урбен  и австриец Ауэр фон Вельсбах. Последним из РЗЭ был открыт прометий, его существование было предсказано на основе закона Мозли. Его отыскали в продуктах распада урана – среди радиоактивных осколков. Авторы открытия – Маринский, Глендннин, Кориэлл и другие.
Сложности, связанные с открытием РЗЭ, во многом объяснялись тем, что не было известно общее число элементов, входящих в эту группу. В процессе открытия, занявшего весь XIX век, были периоды, когда их число сводили к минимуму и когда их число разрасталось чуть ли не до бесконечности. Окончательно этот вопрос был решён в 1922 году, когда на основе закона Мозли было установлено, что между лантаном и гафнием может находиться только 14 элементов.

Электронное строение

Электронная конфигурация атомов может быть выражена формулой   4f2-145s25p65d0-16s2. Согласно химическим и спектроскопическим данным при большой энергетической близости 4f- и 5d-состояний для лантаноидов 4f-состояние оказывается всё же энергетически более выгодным. Поэтому в их атомах (кроме Gd) 5d-электрон в отличие от La переходит в 4f-состояние.
По характеру заполнения 4f-орбиталей элементы семейства делятся на подсемейства. Первые семь элементов (Ce - Gd), у которых в соответствии с правилом Хунда 4f-орбитали заполняются по одному электорону, объединяются в подсемейство церия; семь остальных элементов (Tb -Lu), у которых происходит заполнение 4f-орбиталей по второму электорону, объединяются в подсемейство тербия:
Подсемейство церия
Ce
Pr
Nd
Pm
Sm
Eu
 
Gd
 
4f2
4f3
4f4
4f5
4f6
4f7
4f75d1
Подсемейство тербия
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
4f9
4f10
4f11
4f12
4f13
4f14
4f145d1
Дополнительный электрон (сверх устойчивой конфигурации f7 и f14 ) у Gd и  Lu, как и у лантана, находится в 5d-состоянии.
При незначительном возбуждении один из 4f-электронов (реже два) переходит в 5d-состояние. Остальные же 4f-электроны, экранированные от внешнего воздействия 5s25p6-электронами, на химические свойства большинства лантаноидов существенного влияния не оказывают. Таким образом, свойства лантаноидов в основном определяют 5d16s2-электроны. Поэтому лантаноиды проявляют большое сходство с d-элементами III группы– скандием и его аналогами. Наибольшее сходство с лантаноидами проявляют иттрий и лантан, атомные и ионные радиусы которых близки к таковым у элементов семейства.
Поскольку отличие в структуре атомов элементов семейства проявляется лишь в третьем снаружи слое, мало влияющем на химические свойства элементов, лантаноиды очень сходны друг с другом. Благодаря особой близости свойств часто лантаноиды совместно с лантаном, иттрием, а также скандием объединяют в одно семейство – семейство редкоземельных элементов (РЗЭ).
При исключительной близости свойства лантаноидов, однако, всё же отличаются; при этом некоторые их свойства в ряду Ce-Lu изменяются монотонно, другие – периодически. Монотонное изменение свойств объясняется лантаноидным сжатием – постепенным уменьшением в ряду  Ce-Lu атомных и ионных радиусов.
Периодический характер заполнения 4f-орбиталей сначала по одному, а затем по два электрона предопределяет внутреннюю периодичность в изменении свойств лантаноидов и соединений.
Рассматривая физические и химические свойства лантаноидов, необходимо учитывать особенности изменения атомных и ионных радиусов элементов. Уменьшение радиуса лантанидов с ростом их атомного номера носит название «лантанидное сжатие»; его причиной является возрастающее притяжение внешних электронных оболочек (n=5,6) увеличивающимся от La к Lu зарядом ядра. Само по себе лантанидное сжатие не является аномалией, просто в одной клетке периодической системы вместе с лантаном располагается ещё 14 элементов, в результате чего нормальный ход изменения свойств в группах переходных элементов, начиная с IV группы, из-за сжатия нарушается и наблюдается аномально близкое сходство свойств элементов IV, V, VI групп в V и VI периодах.
Поскольку у лантаноидов валентными в основном являются 5d16s2-электроны, их устойчивая степень окисления равна +3. Однако элементы, примыкающие к лантану (4f0), гадолинию (4f7) и лютецию (4f14), имеют переменные степени окисления. Так, для церия (4f26s2) наряду со степенью окисления +3 характерна степень окисления +4. Это связано с переходом двух 4f-электронов в 5d-состояние. По той же причине степень окисления +4 может проявлять празеодим (4f36s2) (хотя она и значительно менее характерна, чем для Ce). Европий, имеющий семь 4f-электронов (4f76s2), может, напротив, проявлять степень окисления +2.
Аналогичное соотношение имеет место и для элементов подсемейства тербия (правда, оно выражено менее отчётливо). Тербий (4f96s2) и диспрозий  (4f106s2) могут проявлять степень окисления+4,а иттербий (4f146s2) и тулий (4f136s2) +2. Периодический характер изменения типичных степеней окисления виден из следующего сопоставления:
Ce
Pr
Nd
Pm
Sm
Eu
Gd
+3, +4
+3, +4
+3, (+4)
+3
+3, +2
+3, +2
+3
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
+3, +4
+3, (+4)
+3
+3
+3, (+2)
+3, +2
+3
Рассматривая причины аномальных степеней окисления для лантаноидов, можно отметить следующее: так как у церия и празеодима на 4f-подуровне ещё очень мало электронов, эта оболочка не сформировалась и не является прочной. Поэтому атомы этих элементов в окислительных реакциях сравнительно легко теряют больше, чем три электрона. То же относится к тербию, который кроме заполненной наполовину и поэтому устойчивой 4f7-подоболочки имеет ещё только два электрона на 6s2-подуровне и два на второй половине 4f-подуровня. Среди же лантаноидов, способных проявлять низкую степень окисления +2, наиболее устойчив в этой степени окисления Eu, затем идут Yb и (наименее устойчивый) Sm. Видно, что степень окисления +2 проявляют те лантаноиды, у которых подоболочка 4f7 или подуровень 4f14 близки к своему завершению либо завершены. Таким образом, причиной относительной устойчивости Eu, Yb, Sm и Tm в степени окисления +2 является трудность отрыва третьего валентного электрона от оболочки соответственно 4f6 (Sm), 4f7 (Eu), 4f13 (Tm) и 4f14 (Yb).
Наличие неспаренных электронов обусловливает не только их валентность, но ещё окраску и валентные свойства. Из лантаноидов всегда бесцветными являются Gd, Yb, Lu; это объясняется наполовину или полностью заполненным f-подуровнем.
Элемент
Окраска соединений (III)
Элемент
Окраска соединений (III)
Ce
бесцветные
Tb
розоватые
Pr
изумрудно-зелёные
Dy
зеленоватые
Nd
красно-фиолетовые
Ho
желтые
Pm
розоватые
Er
розовые
Sm
желтые
Tm
бледно-зелёные
Eu
желтоватые
Yb
бесцветные
Gd
бесцветные
Lu
бесцветные
Большинство лантаноидов проявляют парамагнетизм, а некоторые даже ферромагнетизм. Только Yb и Lu не обладают такими свойствами: 4f14-электронная оболочка полностью завершена, а значит, содержит только спаренные 4f –электроны (у металлических Yb и Lu, а также Lu(III)).
В отличие от d-элементов координационные числа f-элементов могут превышать 9 и достигать 10-14, что объясняют участием в образовании связей f-орбиталей. Высокие координационные числа более характерны для атомов f-элементов начала семейства, для завершающих семейство элементов наиболее типична октаэдрическая структура комплексов.
Различия в свойствах элементов семейства, связанные с лантаноидным сжатием и характером заполнения 4f-орбиталей, конечно, невелики. Однако на общем фоне поразительно большого сходства эти различия имеют большое значение, в частности, для отделения лантаноидов друг от друга.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Простые вещества

В виде простых веществ лантаноиды – тугоплавкие серебристо-белые металлы (Pr и Nd слегка желтоватого цвета). Некоторые их константы приведены ниже:
Элемент
Весовой кларк (%)
Металлы
Т.пл.,оС
Т.кип.,оС
?,г/см3
Ео  М3+/М0,В
58Ce
7*10-3
798
3470
6,77
-2,48
59Pr
9*10-4
931
3017
6,77
-2,47
60Nd
3,7*10-3
1018
3210
7,01
-2,44
61Pm
-
1042
-
-
-2,42
62Sm
8*10-4
1072
1670
7,54
-2,41
63Eu
1,3*10-4
822
1430
5,24
-2,41
64Gd
8*10-4
1311
2830
7,89
-2,40
65Tb
4,3*10-4
1360
2480
8,25
-2,39
66Dy
5*10-4
1409
2330
8,56
-2,35
67Ho
1,7*10-4
1470
2380
8,78
-2,32
68Er
3,3*10-4
1522
2390
9,06
-2,30
69Tm
2,7*10-5
1545
1720
9,32
-2,28
70Yb
3,3*10-5
824
1320
6,95
-2,27
71Lu
8*10-5
1656
2680
9,95
-2,25
     Из приведённых данных видно, что от церия к лютецию в изменении плотности, температуры плавления и кипения проявляется внутренняя периодичность. Но всё же в значениях температур кипения и плавления лантаноидов наблюдаются сильные колебания. Нередко такие изменения хорошо коррелируют  с величинами удельной плотности металлов. Например, самая низкая температура плавления характерна для металлических европия и иттербия, плотность которых существенно ниже, чем у металлов – соседей по семейству. Именно у Eu и Yb формируется заполненный соответственно наполовину и полностью 4f-подуровень – это косвенно указывает на участие 4f-электронов в связи металл-металл, и структура становится более рыхлой, легко разрушается при нагревании.
Лантаноиды ковки, обладают относительно высокой твёрдостью, по электрической проводимости сходны со ртутью.
По химической активности лантаноиды, как и лантан, уступают лишь щелочным и щелочно-земельным металлам. Наиболее реакционноспособны РЗМ цериевой подгруппы. Компактные металлы, довольно устойчивы к сухому воздуху. Во влажном же воздухе они быстро тускнеют. Достаточно несколько часов, чтобы слиток (сотни граммов) металлических Ce и Pr рассыпался в порошок (при хранении на воздухе при обычной температуре). В результате взаимодействия с парами H2O и CO2, содержащимися в атмосфере, они довольно быстро переходят в основные гидратированные карбонаты xM(OH)3*yM2(CO3)3*zH2O (то есть продукты окисления имеют переменный состав). При нагревании (до 200-400 оС) лантаноиды воспламеняются на воздухе и сгорают с образованием смеси оксидов и нитридов. Церий в порошкообразном состоянии даже пирофорен, то есть самовоспламеняется на воздухе при обычных условиях.
Лантаноиды взаимодействуют с галогенами, а при нагревании – с азотом, серой, углеродом, кремнием, фосфором, водородом. С большинством металлов они дают сплавы, образуя интерметаллические соединения. Значения энергии Гиббса образования оксидов и галогенидов лантаноидов весьма велики, поэтому при сильном нагревании лантаноиды вытесняют большинство металлов из их соединений с кислородом и галогенами. 
Об активности лантаноидов свидетельствуют также значения их электронных потенциалов в реакции   Э3++3e=Э0 – величина ОВП для пары М3+/М0 составляет примерно от -2,3 до -2,5 В. Близкие значения электродного потенциала для разных элементов противоречат экспериментально установленному различию в устойчивости лёгких и тяжёлых элементов в металлическом состоянии на влажном воздухе. По-видимому, активность металлов цериевой подгруппы и инертность металлов иттриевой подгруппы (несмотря на близкие значения электродных потенциалов) связаны с различиями в кинетических характеристиках процесса взаимодействия с водой. Возможно, что лёгкие лантаниды более реакционнспособны из-за большей координационной ненасыщаемости вследствие их большего, чем у иттриевых РЗЭ, радиуса атомов.
Располагаясь в ряду напряжений далеко впереди водорода, лантаноиды окисляются водой, особенно горячей, при этом выделяя водород. Тем более активно они взаимодействуют с кислотами. В HF и H3PO4 лантаноиды устойчивы, так как покрываются защитными плёнками нерастворимых солей. В щелочах не растворяются.
Вследствие большой близости свойств лантаноидов разделение их – одна из труднейших задач химической технологии. В настоящее время разделяют РЗЭ с помощью ионообменных смол и экстракцией соединений органическими растворителями.
Лантаноиды в металлическом состоянии обычно получают восстановлением с помощью кальция фторидов и хлоридов.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Соединения лантаноидов

Соединения Э (III)

Для лантаноидов в степени окисления +3 известны многочисленные бинарные соединения (Э2О3, ЭНal3,Э2S3, ЭN, ЭН3) и разнообразные соли.
Оксиды лантаноидов Э2О3 характеризуются высокими энтальпиями и энергиями Гиббса образования (?G0f,298?1600 кДж/моль) и тугоплавкостью (т. Пл. порядка 2000оС). Оксиды – основные соединения. В воде они практически не растворяются, но взаимодействуют с ней, образуя гидроксиды и выделяя теплоту. Оксиды хорошо растворятся в HCl и HNO3, но, будучи прокалены, как и Al2O3, теряют химическую активность.
С растворами щелочей эти оксиды не взаимодействуют. Но для лантаноидов (III) получены кристаллические соединения состава LiЭO2, NaЭO2, что свидетельствует об амфотерности Э2О3.
Гидроксиды Э(ОН)3 получают по обменным реакциям. Соответственно уменьшению радиусов в ряду Ce(III) – Lu(III) несколько ослабляется основной характер гидроксидов и усиливаются признаки амфотерности. В этом же ряду падает их термическая устойчивость и растворимость уменьшается. Так, произведение растворимости La(ОН)3 ПР=10-19 и далее уменьшается, достигая у Lu(ОН)3 ПР=2,5*10-24.
Из солей лантаноидов (III) в воде растворимы хлориды ЭCl3, нитраты Э(NO3)3, сульфаты Э2(SO4)3, трудно растворимы фториды ЭF3, карбонаты Э2(CO3)3, фосфаты ЭPO4.
Кристаллогидраты лантаноидов (III) имеют переменное число молекул воды, например Э(NO3)3*6Н2О, ЭBr3*6Н2О, Э2(SO4)3*8Н2О, Nd(BrO3)3*9Н2О. Окраска аквакомплексов зависит от электронной конфигурации иона Э3+.
Для лантаноидов (III) довольно типичны двойные соли, например 3Mg(NO3)2*2Э(NO3)3*24H2O, М+12Э(NO3)5*4Н2О, 3Na2SO4*Э2(SO4)3*12 Н2О.  Ион [Ce(NO3)6]3- имеет форму двенадцативершинника (по атомам О), ион [Ce(NO3)5]2- - форму десятивершинника, а ион [Nd(OH2)9]3+ – девятивершинника. Весьма разнообразны комплексы лантаноидов с лигандами хелатного типа. Для лантаноидов (III) известны различные комплексы с органическими лигандами, которые играют большую роль при разделении РЗЭ.
Гидриды лантаноидов образуются при взаимодействии простых веществ, которое протекает при нагревании (300-400оС) достаточно активно. Все лантаноиды образуют гидриды состава ЭН2, а также, за исключением европия и иттербия, соединения, приближающиеся к составу ЭН3. Особенности поведения Eu и Yb связаны с устойчивостью 4f7- и 4f14- конфигураций.
Гидрид построены по типу флюорита и имеют солеобразный характер. Они в большей мере напоминают гидриды щелочно-земельных металлов, а с гидридами d-элементов имеют мало общего. Гидриды лантаноидов  - химически весьма активные вещества, очень энергично взаимодействуют с водой, кислородом, галогенами и другими окислителями. Особо реакционноспособны соединения типа ЭН3.
Благодаря высокой температуре плавления оксиды, сульфиды, нитриды, карбиды лантаноидов используются для изготовления огнеупорной керамики. Разнообразно применение соединений лантаноидов в производстве специальных стёкол.

Соединения Э (IV)

Как уже указывалось, степень окисления +4 характерна для церия, но может проявляться и у других лантаноидов. У церия (IV) выделены оксид CeO2 (светло-жёлтый), фторид CeF4 (белый), гидроксид CeO*nH2O (жёлтый), немногочисленные соли - Ce(ClО4)4, Ce(SO4)2. Диоксид CeO2 образуется при непосредственном взаимодействии простых веществ или при термическом разложении некоторых солей церия (III). Он тугоплавок (т. пл. 2500оС). Прокаленный CeO2 химически довольно инертен, не взаимодействует с кислотами и щелочами.
Гидроксид Ce(ОН)4 получается по обменной реакции в водном растворе в виде студенистого осадка переменного состава CeO2*nH2O. В отличие от Ce(ОН)3 он проявляет амфотерные признаки. При растворении CeO2*nH2O в кислотах образуются растворы оранжевого цвета, обусловливаемого окраской аквакомплексов [Ce(ОН2)n]4+ . За немногим исключением соли церия (IV) неустойчивы, в воде сильно гидролизуются. Более устойчивы двойные соли церия (IV). Так, из азотнокислого раствора кристаллизуется соль (NH4)2[Ce(NO3)6]*2H2O (оранжево-красного цвета). Ион [Ce(NO3)6]2- имеет форму икосаэдра (Ce4+ окружён 12 атомами О), то есть NO-3 выступает в качестве дидентантного лиганда.
При сплавлении CeO2*nH2O со щёлочью, а CeF4 с КF образуются соответственно оксо- и фтороцераты (IV):
2NaOH+CeO2=Na2CeO3+H2O
2KF+CeF4=K2CeF6
В кислых растворах соединения церия (IV) выступают как довольно сильные окислители ( ЕоCe4+/Ce3+=1,61 В), например, окисляют концентрированную соляную кислоту:
2Ce(ОН)4+8HCl=2 CeCl3+Cl2+8H2O
Соединения других лантаноидов (IV) малостойки, являются сильными окислителями. Они образуются при действии на соединения Э(III) фторидами благородных газов:
ЭF3+XeF4=ЭF4+Xe
4Cs3ЭF6+XeF4=4Cs3ЭF7+Xe

Соединения Э (II)

Степень окисления +2 наиболее отчётливо проявляется у европия (ЕоEu3+/Eu2+=-0,33 В). Производные Eu (II), Sm(II) , Yb(II) напоминают соединения элементов подгруппы кальция. Оксиды ЭО и гидроксиды Э(ОН)2 – основные соединения. Сульфаты ЭSO4, как и ВаSO4, в воде нерастворимы.
Европий часто встречается в составе минералов элементов подгруппы кальция. Минералы же, содержащие РЗЭ в состоянии окисления +3, европием обычно бедны. Этот факт также свидетельствует о достаточной устойчивости у европия степени окисления +2.
Производные других лантаноидов (II) являются сильными окислителями (ЕоМ3+/М2+ составляет от -2,9 до-1,15 В).
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Применение

Металлические РЗЭ долгое время находили лишь ограниченное применение. Ещё Ауэр Вельсбах, открывший Nd, Pr и Lu, наладил производство фюрроцерия – сплава церия с железом. В промышленном масштабе производился «мишметалл» - смесь металлических РЗЭ главным образом цериевой подгруппы. Использование фюрроцерия и мишметалла основывалось на пирофорности свойств сплавов.
В наше время лантаноиды в металлическом состоянии находят большое применение главным образом при получении сплавов со специальными свойствами. Их добавляют в качестве раскислителей при производстве модифицированного чугуна;  при этом чугун теряет ряд вредных примесей, изменяется структура содержащегося в нём углерода (кристаллы углерода из игольчатых превращаются в шарики - гранулы). В результате хрупкость чугуна заметно снижается, во многих случаях такой чугун может заменить дорогостоящую сталь.
Введение Ce в сталь значительно улучшает её свойства, так как он связывает растворённую в стали серу и выводит её шлак. Из стали, содержащей 6% Ce, изготавливают хирургические инструменты. Введение лантаноидов в магниевые сплавы повышает их прочность и термостойкость (из этих сплавов делают детали самолётов и ракет). Например, введение Nd в сплавы на магниевой основе повышает их термостойкость на 50-1000, что имеет громадное значение при решении ряда технических задач.
Наиболее важным металлом для электротехники является самарий, его уникальные,  сильно выраженные магнитные свойства нашли себе достойное применение. Используя интерметаллические соединения самария, такие как SmCo6 и SmFeCu, можно получить в 5-6 раз более сильные магниты, чем на основе железа. Применение самариевых сплавов позволяет миниатюризировать электромоторы, экономить материалы и энергию – это важно при изготовлении летательных аппаратов, в частности космических кораблей. Так, железный магнит массой 40 кг заменяется на эквивалентный самарий-кобальтовый интерметаллид массой 2,45 кг, при этом стоимость магнита снижается вдвое; моторы для станков, изготовленные из самариевых сплавов, на 35% легче, а мощность на 50% выше, чем у обычных.
Очень важная область применения лантаноидов, как и других РЗЭ, - получение аккумуляторов водорода на основе интерметаллидов, в состав которых входят переходные металлы и РЗЭ. Эти соединения обладают способностью в мягких условиях взаимодействовать с водородом, а потом при незначительном нагревании его отдавать. Установлено, что такого рода сплавы могут поглотить в 1,5-2 раза больше Н2, чем его содержится в таком же объёме жидкого или твёрдого Н2, что обусловлено включением атомарного водорода в пустоты кристаллической структуры интерметаллидов. Данные аккумуляторы водорода успешно прошли испытания при создании водород-кислородных топливных элементов, имеющих перспективу применения в будущем.
Окиси Eu2O3  применяют в производстве кинескопов для телевизоров, Pr6О11 – для изготовления неорганических красителей, Nd2O3  - в производстве лазерной оптики и для изготовления керамических конденсаторов. Окислы РЗЭ, содержащие высокий процент CeO2, широко используют в качестве полирующих порошков для шлифовки стёкол (так называемый полирит, превосходящий по полирующим свойствам крокус).
К числу традиционных областей применения соединений РЗЭ относится нефтеперерабатывающая промышленность: крекинг нефти ведут на катализаторах, активными центрами которых являются РЗЭ(III). Каталитическую активность соединений РЗЭ связывают с высокой акцепторной способностью РЗЭ-ионов, которая объясняется стремлением «насытить» свою координационную сферу, вмещающую очень большое (до 12) число донорных атомов.
С использованием окислов лантаноидов связан прогресс в области совершенствования запоминающих устройств для ЭВМ новых поколений, обладающих колоссальной памятью: микрокомпьютеры четвёртого поколения содержат доменные устройства на основе железо-иттриевых и галлий-гадолиниевых гранатов, легированных самарием и гольмием. Окислы лантаноидов также применяются при создании люминофоров, например, оксисульфид гадолиния, активированный тербием используется в рентгено-люминофоре, а  оксид гадолиния, активированный европием - в красном люминофоре, используемом в цветном телевидении.
Пирофорность церия и ряда других лантаноидов используется для получения пирофорных сплавов – «кремней» зажигалок, трассирующих пуль и так далее.
В настоящее время лантаноиды используют и в медицине для диагностики. Их вводят в белок в виде комплексного соединения, а затем определяют, в каком органе сосредоточен этот белок (чаще всего по люминесценции соединений Eu). Комплексы Gd используют в томографии.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение

Развитие техники и век НТР идёт как бы по цепной реакции: быстро развивающиеся области науки и промышленности взаимно обогащают друг друга, ещё невозможное вчера становится явью сегодня. Это относится и к космической технике, и к ядерной индустрии, к радиоэлектронике и многим другим областям науки и техники. Но в основе процесса всё же лежит химия и металлургия (тоже одна из областей химии), расширяющие наши возможности благодаря использованию редких элементов, особенно редких металлов и их сложных соединений. 
Ещё недавно учёные не могли и предположить о существовании таких элементов, как лантаноиды. Но периодический закон Д. И. Менделеева и закон Мозли «расставили» всё по своим местам: они не просто доказывали существование данных элементов, но и позволяли определить их свойства,- что не оставляло ни малейшего сомнения учёным-скептикам.
Открытию этих четырнадцати элементов был посвящён весь XIX век, великие учёные естествознания того времени пытались разгадать загадку природы, отыскать минералы, в которых содержатся лантаниды: Маринский, Глендннин, Кориэлл, Гадолин, Мозандер, Лекок де Буабодран, Мариньяк, Сорэ, Клеве, Ауэр фон Вельсбах, Урбен и многие другие.
Накопленные за последнее время знания о строении и свойствах этих элементов высоко ценятся в научном мире, так как лантаниды – востребованные элементы в медицине, электротехнике, металлургии, нефтеперерабатывающей промышленности и во многих других отраслях.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список литературы


и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.