Главная    Почта    Новости    Каталог    Одноклассники    Погода    Работа    Игры     Рефераты     Карты
  
по Казнету new!
по каталогу
в рефератах

Химия лантаноидов



 Другие рефераты
Химия и медицина Химия кадмия Химия меди Химия наследственности. Нуклеиновые кислоты. ДНК. РНК. Репликация ДНК и передача наследственной информации

Содержание

|                                                                 |Стр. №|
|Введение                                                         |3     |
|Общие свойства                                                   |4     |
|Характеристика отдельных элементов и их применение               |9     |
|3.1   Церий                                                      |9     |
|3.2   Празеодим                                                  |11    |
|3.3   Неодим                                                     |12    |
|3.4   Прометий                                                   |13    |
|3.5   Самарий                                                    |14    |
|3.6   Европий                                                    |17    |
|3.7   Гадолиний                                                  |18    |
|3.8   Тербий                                                     |20    |
|3.9  Диспрозий                                                   |21    |
|3.10  Гольмий                                                    |22    |
|3.11  Эрбий                                                      |23    |
|3.12  Тулий                                                      |24    |
|3.13  Иттербий                                                   |25    |
|3.14  Лютеций                                                    |26    |
|Список использованных источников                                 |27    |



                                  ВВЕДЕНИЕ



       Судя по последним публикациям,  нынче  довольно  трудно  отметить  те
стороны жизни, где бы не находили применение лантаноиды.
       На основе лантаноидов получают многие уникальные  материалы,  которые
находят широкое применение в различных областях науки и  техники.  Например,
лантаноиды используют как добавки к стали и в сплавах с  другими  металлами,
в производстве материалов,  адсорбирующих  водород  (например,  MmNi5),  как
добавки к ядерным материалам, в  качестве  пирофорных  материалов  (например
порошкообразный Се), в специальной керамике, оптических стеклах (стекла  для
телевизионных  экранов),  в  производстве   катализаторов   для   утилизации
выхлопных газов, а также в получении магнитных материалов  (например,  (Nd1-
xDyx)15Fe77B8 или (Nd1-xDyx)15Fe76B8)  и так далее.
      Все вышеперечисленное  –  лишь  небольшая  часть  из  списка  областей
применения лантаноидов.  Развитие  высоких  технологий  все  более  и  более
вовлекает использование лантаноидов, степень  чистоты  которых  должна  быть
очень высока. В этом отношении не будет преувеличением отнести лантаноиды  и
их сплавы к материалам XXI века.

                         ОБЩИЕ СВОЙСТВА ЛАНТАНОИДОВ


       Лантаноиды – это 14 элементов, следующих за  лантаном,  у  которых  к
электронной  конфигурации  лантана  последовательно   добавляются   14   4f-
электронов. В табл. 2.1 приведены электронные конфигурации лантаноидов и  их
наиболее  устойчивые  степени  окисления.  Общая  электронная   конфигурация
лантаноидов – 4f2–145d0–16s2.
       У  церия  на  4f-уровне  находятся  два  электрона  –  один  за  счет
увеличения порядкового номера по сравнению с лантаном на единицу,  а  другой
переходит с  5d-уровня  на  4f.  До  гадолиния  происходит  последовательное
увеличение числа электронов на 4f-уровне, а уровень 5d  остается  незанятым.
У гадолиния дополнительный электрон занимает 5d-уровень,  давая  электронную
конфигурацию 4f75d16s2, а у  следующего  за  гадолинием  тербия  происходит,
аналогично церию, переход 5d-электрона  на  4f-уровень  (4f96s2).  Далее  до
иттербия наблюдается монотонное увеличение числа электронов  до  4f14,  а  у
завершающего ряд лютеция вновь появляется 5d-электрон (4f145d16s2).
                                                                 Таблица 2.1
|Электронная конфигурация и степени окисления лантаноидов                 |
|                                    |                      |            |
|Элемент                             |Электронная           |Степень     |
|                                    |конфигурация          |окисления   |
|Церий                 |Ce           |4f26s2                |+3, +4      |
|Празеодим             |Pr           |4f36s2                |+3, +4      |
|Неодим                |Nd           |4f46s2                |+3          |
|Прометий              |Pm           |4f56s2                |+3          |
|Самарий               |Sm           |4f66s2                |+2, +3      |
|Европий               |Eu           |4f76s2                |+2, +3      |
|Гадолиний             |Gd           |4f75d16s2             |+3          |
|Тербий                |Tb           |4f96s2                |+3, +4      |
|Диспрозий             |Dy           |4f106s2               |+3, +4      |
|Гольмий               |Ho           |4f116s2               |+3          |
|Эрбий                 |Er           |4f126s2               |+3          |
|Тулий                 |Tm           |4f136s2               |+2, +3      |
|Иттербий              |Yb           |4f146s2               |+2, +3      |
|Лютеций               |Lu           |4f145d16s2            |+3          |

       Периодический характер заполнения 4f-орбиталей сначала по  одному,  а
потом по  два  электрона  предопределяет  внутреннюю  периодичность  свойств
лантаноидов.  Периодически   изменяются   металлические   радиусы,   степени
окисления, температуры плавления и  кипения,  величины  магнитных  моментов,
окраска и другие свойства (Рис. 2.1).

                                    [pic]
   Вторичная периодическая зависимость металлических радиусов, температуры
                       плавления и магнитного момента
                                  Рис. 2.1

        Участие 4f-электронов в  образовании  химической  связи  обусловлено
предварительным возбуждением  на  уровень  5d.  Энергия  возбуждения  одного
электрона невелика, поэтому обычно лантаноиды  проявляют  степень  окисления
+3. Однако некоторые из них  проявляют  так  называемые  аномальные  степени
окисления –  +2,  +4.  Эти  состояния  окисления  связывают  с  образованием
наиболее устойчивых электронных конфигураций 4f0, 4f7, 4f14. Так,  Ce  и  Tb
приобретают конфигурации f0 и f7, переходя в состояние окисления  +4,  тогда
как Eu и Yb имеют  соответственно  конфигурации  –  f7  и  f14  в  состоянии
окисления +2. Однако  существование  Pr (IV),  Sm (II),  Dy (IV)  и  Tm (II)
свидетельствует об относительности критерия особой устойчивости  электронных
конфигураций 4f0, 4f7 и 4f14. Как и для d-элементов, стабильность  состояния
окисления  наряду  с  этим   фактором   характеризуется   термодинамическими
параметрами реального соединения.
       Аномальные валентности лантаноидов  исследовал  и  объяснил  немецкий
химик Вильгельм Клемм.  По  рентгеновским  спектрам  он  определил  основные
параметры их кристаллов и размеры атомов. На кривой  атомных  радиусов  явно
выражены максимумы (европий, иттербий) и  менее  резко  -  минимумы  (церий,
тербий) (Рис 2.1). Элементы с большими атомными радиусами крепче  удерживают
электроны  и  потому  бывают  лишь  трех  -  или  даже   двухвалентными.   В
"малообъемных" атомах, напротив, один из "внутренних" электронов заключён  в
оболочке недостаточно прочно -  потому  атомы  церия,  празеодима  и  тербия
могут быть четырехвалентными.
       В  работах  Клемма  было  найдено  и  физическое  обоснование   давно
сложившегося разделения лантаноидов на две подгруппы -  церия  и  тербия.  В
первую входят лантан и  лантаноиды  от  церия  до  гадолиния,  во  вторую  -
лантаноиды от тербия до лютеция. Отличие между элементами двух этих групп  -
в знаке спинов у электронов, заполняющих главную для  лантаноидов  четвертую
оболочку. Спины у элементов подгруппы церия имеют один  и  тот  же  знак;  у
элементов подгруппы тербия половина электронов имеет спины одного  знака,  а
половина - другого.
       Ограниченная   возможность   возбуждения   4f-электронов   определяет
сходство химических свойств лантаноидов  в  одинаковых  степенях  окисления.
Основные изменения в свойствах лантаноидов являются следствием f-сжатия,  то
есть  уменьшения  эффективных  радиусов  атомов  и   ионов   с   увеличением
порядкового номера.
       В свободном состоянии лантаноиды – весьма активные металлы.  (В  ряду
напряжений  они   находятся   значительно   левее   водорода),   электродные
потенциалы лантаноидов составляют около  –2,4  В).  Поэтому  все  лантаноиды
взаимодействуют с водой с выделением водорода:
       2Э + 6Н2О = 2Э(ОН)3 + 3Н2 ?
       Активно происходит и взаимодействие лантаноидов с кислотами,  однако,
в HF и H3PO4 лантаноиды устойчивы  т.к.  покрываются  пленкой  нерастворимых
солей.  Соединения  лантаноидов  со  степенью  окисления  IV  малостойки   и
проявляют сильные окислительные свойства (устойчивы соединения Ce и Tb):
       2Се(ОН)4+8HCl (конц.) = 2CeCl3 + H2O + Cl2?
       NaOH + CeO2 = Na2CeO3 + H2O
       а  соединения   со   степенью   окисления   II   (Eu,   Sm,   Yb)   –
восстановительные, причем окисляются даже водой:
       2SmCl2 + 2H2O = 2SmOHCl2 + H2 ?

       Лантаноиды  очень  реакционноспособны  и  легко  взаимодействуют   со
многими  элементами  периодической  системы:   в   кислороде   сгорают   при
200–400 °С  с  образованием  Э2O3,  а  в  атмосфере  азота  при  750–1000 °С
образуют нитриды. Церий в порошкообразном состоянии легко воспламеняется  на
воздухе, поэтому его используют  при  изготовлении  кремней  для  зажигалок.
Лантаноиды  взаимодействуют  с  галогенами,  серой,  углеродом,  кремнием  и
фосфором. С большинством металлов лантаноиды дают  сплавы.  При  этом  часто
образуются интерметаллические соединения. (Рис. 2.2)
       [pic]
                     Диаграмма плавкости системы Al – Gd
         
12345
скачать работу


 Другие рефераты
Вымирающие животные
Современные тенденции развития каналов распределения
Развитие воображения у детей
Кадры управления


 

Отправка СМС бесплатно

На правах рекламы


ZERO.kz
 
Модератор сайта RESURS.KZ