Химия лантаноидов
коричнево-золотистый, а гексаборид NdB6 - в
синий.
Наибольшее практическое значение из всех этих соединений приобрела
окись неодима. Ее используют в электрических приборах как диэлектрик,
отличающийся малым коэффициентом теплового расширения. Входит она и в
рецептуры некоторых стекол. Области применения других соединений элемента
N60 ограничены стеклом, керамикой и глазурями.
Значительно шире используется сам неодим. Из всех лантаноидов
элемент N60 лучше всего влияет на свойства магниевых, алюминиевых и
титановых сплавов. В России созданы высокопрочные магниевые сплавы,
легированные неодимом и цирконием. Предел длительной прочности при
повышенных температурах на много больше, чем у магниевых сплавов,
легированных другими элементами. Алюминий, легированный неодимом, химически
взаимодействует с ним. Образуются соединения состава NdAl4 и NdAl2. В итоге
5 %-ная добавка неодима вдвое увеличивает предел прочности алюминия (с 5 до
10 кг/мм2). Во много раз возрастает твердость сплава. Подобным же образом
неодим действует и на свойства титана.1,2% добавка неодима увеличивает
предел прочности титана с 32 до 48-50 кг/мм2.
ПРОМЕТИЙ.
Прометий - один из 4 искусственных не трансурановых элементов. В
природе он образуется в результате радиоактивного распада ядер тяжелых
элементов. Обнаружить прометий в земной коре удалось только после того, как
он был получен искусственным путем.
Элемент N61 был открыт в 1947 году американскими исследователями
Маринским, Гленденином и Кориелом среди продуктов, образующихся в ядерном
реакторе.
Сейчас известно 14 изотопов прометия. Все они радиоактивны. Самый
долгоживущий из них - прометий-145 с периодом полураспада около 18 лет.
Практически наиболее важен прометий-147 (период полураспада 2,64 года),
который используют в миниатюрных атомных батареях, способных давать
электроэнергию в течение нескольких лет. Такие батарей можно использовать
как источник тока на космических кораблях, управляемых снарядах,
радиоустройствах, часах и даже слуховых аппаратах.
В прометиевой атомной батарее происходит двукратное преобразование
энергии. Сначала излучение прометия заставляет светиться специальный
люминесцирующий состав, а световая энергия преобразуется в электрическую в
кремниевом фотоэлементе. На одну батарейку используется всего 5 мг окиси
прометия-147. Особенность прометия-147 в том, что он не испускает гамма-
лучей, а дает лишь мягкое бета-излучение, задерживаемое даже тонким слоем
люминисцента и корпусом батареи.
САМАРИЙ.
В середине XIX века на Урале был найден черный блестящий минерал,
позднее названный самарскитом. В книге Н.А. Фигуровского "Открытия
элементов и происхождение их названий" указано, что этот минерал открыт
русским горным инженером В.Е.Самарским.
В 1878 году французский химик Делофонтен работал с самарскитом и
выделил из него окись дидима. В спектре дидима, полученного из самарскита,
Делафонтен обнаружил две новые голубые линии. Решив, что они принадлежат
новому элементу, он сразу же дал этому элементу название: деципий - от
латинского decipere, "обманывать, одурачивать". Однако позже было доказано,
что деципий являлся смесью самария с другими редкоземельными элементами,
прежде всего с неодимом и празеодимом.
Вскоре появились и другие сообщения о необычных спектральных линиях в
окиси дидима. Окончательно подтвердил неоднородность этого вещества другой
французский химик - Лекок де Буабодран. Он, как и Делафонтен, нашел две
новые голубые линии (с длинами волн 400 и 417 (), но эти линии отличались
от линий деципия. В 1879 году Лекок де Буабодран назвал новый элемент
самарием.
Через год швейцарский химик Ж. Ш. Мариньяк нашел в самарските еще
один новый элемент. Он получил из самарскита две фракции, одна из которых
давала точно такой же спектр, как у элемента, открытого Буабодраном. Так
было подтверждено открытие самария.
Элементарный самарий был получен в начале ХХ века, но еще несколько
десятилетий не находил применения. Сегодня элемент (и его соединения)
довольно важен для атомной энергетики: самарию свойственно большое
поперечное сечение захвата тепловых нейтронов - около 6500 барн[2]. Это
больше, чем у бора и кадмия - традиционных материалов регулирующих
стержней. Керамические материалы, в которые входят окись самария (порошок
бледно-кремового цвета), стали использовать в качестве защитных материалов
в реакторостроении.
В последние годы особое внимание ученых и практиков привлекло
интерметаллическое соединение самария с кобальтом SmCo5, применяемое для
изготовления сильных постоянных магнитов.
Дииодид самария – сильный восстановитель, растворяющийся в
органических растворителях и ведущий себя в условиях органического синтеза
как донор электронов и поэтому способен промотировать реакции, протекающие
путем переноса электрона (рис. 3.1).
[pic]
Механизм органических реакций с участием SmI2 (общий вид)
Рис 3.1
Использование SmI2 способствует протеканию многих органических
реакций с высокими скоростями и высоким выходом конечного продукта даже при
низких температурах (-70 - 20°С), а так же позволяет провести реакции,
которые не удавалось провести с помощью других восстановителей
(йодметилирование карбонильных соединений, синтез больших лактонных циклов,
селективное восстановление альдегидной группы в присутствии кетонной).
Кроме того, самарий вводят в состав стекол, способных люминесцировать
и поглощать инфракрасные лучи.
Но не всегда самарий полезен. Физики считают, что из радиоактивных
изотопов наибольшую опасность в качестве «реакторного яда» представляет
ксенон-135, а из стабильных - изотоп самария с массовым числом 149. Сечение
захвата тепловых нейтронов у самария-149 огромно - 66000 барн. Но в
работающем реакторе происходит как бы самоочищение: при поглощении нейтрона
самарий-149 превращается в самарий-150, который поглощает замедленные
нейтроны намного хуже:
14962Sm(n, ?)Sm62150
Для реактора на быстрых нейтронах самарий-149 не опасен: быстрые
нейтроны его ядрами не захватываются.
Природный самарий состоит из семи изотопов (массовые числа: 144, 147,
148, 149, 150, 152 - самый распространенный изотоп - и 154). Самарий-147 ?
- радиоактивен, период его полураспада около 100 миллиардов лет.
Но не только из-за самария-147 радиоактивен минерал самарскит. В его
состав наряду с редкими землями, кислородом, железом, танталом и ниобием
входит уран.
ЕВРОПИЙ.
В 1886 году французский химик Демарсэ выделил из самариевой земли
новый элемент, который, скорее всего, был не очень чистым европием. Но
повторно опыт воспроизвести не удалось. В том же году англичанин Уильям
Крукс обнаружил новую линию в спектре самарскита. Демарсе потратил на
выделение нового элемента из самариевой земли несколько лет, и, наконец, в
1896 году ему удалось приготовить чистый препарат. Первоначально Демарсе
обозначил открытый им элемент греческой заглавной буквой ? (сигма). А в
1901 году после серии контрольных экспериментов этот элемент получил свое
нынешнее название. Металлический европий впервые был получен лишь в 1937
году.
Европий - последний редкоземельный элемент подгруппы церия. Он самый
легкий из лантаноидов, его плотность всего 5,245 г/см3. У европия же
наибольшие из всех лантаноидов атомный радиус и атомный объем.
Так же, как и его соседи по таблице Менделеева, европий входит в
число наиболее сильных поглотителей тепловых нейтронов. Отсюда его
возможности в атомной технике и технике защиты от излучений. В качестве
материала противонейтронной защиты элемент N63 интересен тем, что после
поглощении нейтронов его природные изотопы 151Eu и 153Eu не теряют
способность к дальнейшему поглощению нейтронов.
Радиоактивный европий, полученный из атомных реакторов, используется
при лечении некоторых форм рака.
Важное значение приобрел европий как активатор люминофоров.
Микропримесями европия активируют, в частности, окись иттрия Y2O3 и
ортованадат иттрия YVO4, используемые для получения красного цвета на
телевизионных экранах. Приобрели практическое значение и другие люминофоры,
активированные европием.
Соединения европия (он проявляет валентности 2+ и 3+), как
правило, белого цвета с розовато-оранжевым оттенком. Соединения европия с
хлором и бромом светочувствительны.
ГАДОЛИНИЙ.
Элемент N64 - гадолиний открыт в 1880 году. Первооткрыватель этого
элемента - швейцарский химик Жан Шарль Галиссар де Маринбяк (1817-1894) А
через два года после смерти Маринбяка был впервые получен в относительно
чистом виде элементарный гадолиний. Между прочим, это был первый случай в
истории науки, когда химический элемент назвали в память об ученом, члене-
корреспонденте Петербургской академии - Юхане Гадолине, который был одним
из первых исследователей редких земель.
На первый взгляд, по физическим и химическим свойствам гадолиний
ничем не отличается от других редкоземельных металлов. Гадолиний - светлый,
незначительно окисляющийся на воздухе металл - по отношению к кислотам и
другим реагентам ведет себя так же, как лантан и церий. Но с гадолиния
на
| |  скачать работу |
Химия лантаноидов |
