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

Лантаноиды



 Другие рефераты
Лакокрасочные изделия Ламарк Жан Батист Пьер Антуан де Моне Лекарственные препараты Лекции по химии

ВВЕДЕНИЕ.
Самое знаменательное в элементе лантане, несомненно, то, что он  возглавляет
шеренгу из четырнадцати лантаноидов  -  элементов  с  черезвычайно  сходными
свойствами. Лантан и лантаноиды  -  всегда  вместе:  в  минералах,  в  нашем
представлении, в металле. На Всемирной выставке в Париже в  1900  году  были
впервые  продемонстрированы  образцы  некоторых   чистых,   как   считалось,
лантаноидов. Но можно не сомневаться, что в каждом образчике, независимо  от
ярлыка, присутствовали и лантан, и церий и неодим  с  празеодимом,  и  самые
редкие  из  лантаноидов-тулий,  гольмий,  лютеций.  Самые  редкие,  если  не
считать  "вышедшего"  и  воссозданного  в  ядерных  реакциях  элемента  N61-
прометия.  Впрочем,  будь   у   прометия   стабильные   изотопы,   он   тоже
присутствовал бы в любом образце редкоземельного элемента.
      Один из самых массовых и  дешёвых  редкоземельных  продуктов  остаётся
мишметалл - "природный" сплав лантана и лантаноидов...

                                   ЛАНТАН.
      Лантан - это металл, обыкновенный по внешнему виду  (серебристо-белый,
покрытый сероватой окисной пленкой) и по физическим  свойствам  (температура
плавления-   920,   кипения-   3469    (C;    по    прочности,    твердости,
электропроводности   и   прочим   характеристикам   металл   лантан   всегда
оказывается  в  середине  таблицы).  Обыкновенен  лантан  и  по   химическим
свойствам.  В  сухом  воздухе  он  не  изменяется:  окислая  пленка  надежно
защищает от окисления в массе. Но если воздух влажен  (а  в  обычных  земных
условиях  он  влажен  почти   всегда),   металлический   лантан   постепенно
окисляется до гидроокиси. La(OH)3 -основание средней  силы,  что  опять-таки
характерно для металла- "середнячка".
      По распространению в природе, по масштабам   производства,  по  широте
использования   лантан    уступает    своему    ближайшему    аналогу-церию.
Родоначальник и вечно второй, таково положение лантана в  его  семействе.  И
когда редкоземельные элементы по совокупности свойств стали  делить  на  две
подгруппы, лантан был отнесён в подгруппу, название  которой  дали  в  честь
церия... И открыт лантан был после церия, как примесь к  церию,  в  минерале
церите.
      В 1803 году 24 -летний шведский химик Йенс Якоб  Берцелиус  вместе  со
своим учителем В. Хизингером обнаружил в этом минерале открытую  Ю.Гадолином
в 1794 году иттриевую "землю" и еще одну  редкую  землю,  очень  похожую  на
иттриевую. Ее назвали цериевой.  В  1826  году  К.  Г.  Мозандер  -  ученик,
ассистент и один из близких друзей Берцелиуса - исследовал цериевую землю  и
заключил, что она неоднородна, что  в  ней,  помимо  церия,  содержится  еще
один,  а может быть и  не  один,  новый  элемент.  Но  чтобы  проверить  это
предположение, нужно было много церита. Доказать  сложность  цериевой  земли
Мозандеру удалось лишь в 1839 году.
      Новый  элемент,  обнаруженный  в  церите,  по  предложению  Берцелиуса
назвали лантаном. Название с намеком: оно  происходит  от  греческого  слова
((((((((( - скрываться, забываться - лантан, содержащийся в церите,  успешно
скрывался от химиков в течении 36 лет!
      Металлический лантан, разумеется, далеко не чистый, впервые был
получен Мозандером при нагревании хлористого лантана с калием.
      В наше время в промышленных масштабах получают лантан  чистотой  более
99 %; преимущественно из монацита и бастнезита, как,  впрочем,  и  церий,  и
все остальные элементы цериевой подгруппы.
      Моцанит - тяжелый блестящий минерал, обычно желто-бурый, но  иногда  и
других цветов, поскольку  постоянством  состава  он  не  отличается.  Точнее
всего его состав описывает такая странная  формула:  (РЗЭ)РО4:  это  значит,
что монацит - фосфат редкоземельных элементов (РЗЭ). Обычно в  моналите  50-
68% окислов РЗЭ и 22 - 31,5 %  P2O5. А еще в нем до 7 %  двуокиси  циркония,
10%  (в среднем ) двуокиси тория и  0,1-0,3  %  урана.  Эти  цифры  со  всей
очевидностью  показывают,  почему  в  наше  время  тесно  переплелись   пути
редкоземельной и атомной промышленности. Монацитовые россыпи  распространены
по берегам рек, озер и морей на всех континентах. В начале века  (данные  за
1909) 92  % мировой добычи редкоземельного сырья  и  прежде  всего  монацита
приходилось на долю Бразилии. После 1950 г.  в  связи  с  развитием  атомной
промышленности  гегемоном  среди  капиталистических   стран   в   добычи   и
переработке редкоземельного сырья стали США.
      Чтобы получить монацитовый концентрат чистотой 92 -  96  %,  применяют
комплекс гравитационных, магнитных и электростатических методов  обогащения.
В результате попутно получают ильменитовый, рутиловый, цирконовый  и  другие
ценные концентраты.
      Как и всякий минерал, монацит надо "вскрыть". Чаще  всего  монацитовый
концентрат  обрабатывают  для  этого   концентрированной   серной   кислотой
(широкое распространение приобрел также щелочной способ вскрытия  монацита).
Образующиеся  сульфаты  редкоземельных  элементов   и   тория   выщелачивают
холодной водой. После того как они перейдут в  раствор,  в  осадке  остаются
кремнезем и не отделившаяся на предыдущих стадиях часть циркона.
      На следующей стадии отделяют короткоживущий мезоторий (радий  -  228),
а затем и сам торий - иногда вместе с церием, иногда по отдельности.
      После того  как  выделен  церий,  в  растворе  остается  больше  всего
лантана,  который  получают  обычно  в  виде   хлорида   LaCl3.   Электролиз
расплавленого хлорида дает лантан чистотой  до  99.5  %.  Еще  более  чистый
лантан -  99.79  %  и  выше  получают  кальциетермическим  способом.  Такова
классическая, традиционная технология.
      Как видим, получение элементарного лантана - дело сложное.
Разделение лантаноидов - от празеодима до  лютеция  -  требует  еще  больших
затрат  сил  и  средств,   и  времени,  разумеется.  Поэтому   в   последнее
десятилетие химики и технологи многих стран мира стремились  создать  новые,
более  совершенные  методы  разделения  этих  элементов.  Такие   методы   -
экстракционные и ионообменные - были созданы и  внедрены  в  промышленность.
Уже в начале  шестидесятых  годов  на  установках,  работающих  по  принципу
ионного обмена,  достигли  95  %  -  ного  выхода  редкоземельных  продуктов
чистотой до 99.9 %.


                          НЕПЕРИОДИЧНОСТЬ СВОЙСТВ.
      Вынести лантаноиды за пределы основной части таблицы первым  предложил
профессор  Пражского  университета  Богуслав  Францевич  Браунер.  Распутать
"узел в системе" окончательно  удалось  только  после  того,  как  в  основу
менделеевской таблицы был положен новый, физическии более точный критерий  -
заряд атомного ядра. Тогда стало ясно, что между лантаном и  танталом  могут
поместиться всего  15  элементов,  причем  последний  должен  быть  аналогом
циркония. Этот элемент - гафний - был открыт Д. Костером и Д. Хевеши в  1923
году. Последний (по атомным номерам) лантаноид -  лютеций  -  был  обнаружен
раньше, в 1907 году.
                           АНОМАЛЬНЫЕ ВАЛЕНТНОСТИ.
      Аномальные валентности  лантаноидов  исследовал  и  объяснил  немецкий
химик Вильгельм Клемм.  По  рентгеновским  спектрам  он  определил  основные
параметры их кристаллов и атомные объемы. На  кривой  атомных  объемов  явно
выражены максимумы (европий, иттербий) и  менее  резко  -  минимумы  (церий,
тербий). Празеодим и самарий тоже выпадают, хотя и не так сильно,  из  ряда,
определяемого  плавно  ниспадающей  кривой.  Поэтому  первый  "тяготеет"   к
малообъёмным церию и тербию, а  второй  -  к  крупным  европию  и  иттербию.
Элементы с большими атомными объемами 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   -   цериевую   и
иттриевую. В первую входят лантан и лантаноиды от  церия  до  гадолиния,  во
вторую-иттрий и лантаноиды от тербия до лютеция.  Отличие  между  элементами
двух этих групп - в знаке  спинов  у  электронов,  заполняющих  главную  для
лантаноидов четвертую  оболочку.  Спины  -  собственные  моменты  количества
движения электронов - у первых имеют  один  и  тот  же  знак;  у  вторых  же
половина электронов имеет спины одного знака, а половина - другого.
                            Лантаноидное сжатие.
        Лантаноидным   сжатием   называют   открытое   немецким   геохимиком
В.  Гольдшмитом  закономерное  уменьшение   размеров   трехвалентного   иона
редкоземельных элементов от лантана к лютецию.  Казалось  бы  ,  все  должно
быть наоборот: в ядре атома церия на один протон больше, чем  в  ядре  атома
лантана; ядро празеодима больше, чем  ядро  церия  и  т.  д.  Соответственно
растет и число электронов, вращающихся вокруг ядра. И если представить  атом
таким, как  его  обычно  рисуют  на  схемах,  -  в  виде  маленького  диска,
окруженного  вытянутыми  орбитами  невидимых  электронов,  орбитами   разных
размеров, то, очевидно, прибыль электронов должна была бы увеличить  размеры
атома в целом. Или, если отбросить наружные электроны, число  которых  может
быть неодинаковым, такая же закономерность  должна  наблюдаться  в  размерах
трехвалентных ионов лантана и его команды.
      Радиус трехвалентного иона лантана равен 1,22  (,  а  такого  же  иона
лютеция - всего 0,99 (. Все не по логике, а как раз наоборот. Однако до
физического смысла лантаноидного сжатия докопаться нетрудно и без  квантовой
механики, достаточно вспомнить основные законы электромагнетизма.
      Заряд ядра и число электронов вокруг  него  растут  параллельно.  С
12345След.
скачать работу


 Другие рефераты
Становление классического джаза
Организации ввода/вывода в вычислительной системе
Слово как опорный образ поэтики Иосифа Бродского
Операции с ценными бумагами


 

Отправка СМС бесплатно

На правах рекламы


ZERO.kz
 
Модератор сайта RESURS.KZ