Лантаноиды
-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. Из него делают
необычайно сильные постоянные магниты.
Кроме того, самарий вводят в состав стекол, способных люминесцировать
и поглощать инфрокрасные 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.
Для реактора на быстрых нейтронах самарий-149 не опасен: быстрые
неитроны 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
альфа-активен, период его полураспада около 100 миллиардов лет.
Но не только из-за самария-147 радиоактивен красивый минерал
амарскит. 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 этот
опыт воспроизвести не удалось. В том же году англичанин Уильямс Крукс
обнаружил новую линию в спектре самарскита. С подобным же сообщением
выступил через 6 лет Лекок де Буабодран. Но все данные о новом элементе
были в какой-то мере шаткими.
Демарсе проявил характер. Он 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 цериевой подгруппы. 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 его
природные изотопы 151Eu и 153Eu, поглощая нейтроны, превращаются в изотопы,
у которых почти так же велико сечение захвата тепловых нейтронов.
Радиоактивный европий, полученный из атомных реакторов, использовали
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)
долгое время работал во Франции. Общие научные интересы - редкие земли и
спектральный анализ - сблизили его с Лекок де Буабодраном. Именно Лекок де
Буабодран, с согласия Мариньяка, назвал гадолиниевой открытую им новую
землю. А через два года после смерти Мариньяка 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. Он- светлый,
незначительно окисляющийся на воздухе металл - по отношению к кислотам и
другим реагентам ведет себя так же, как лантан и церий. Но с гадолиния
начинается иттриевая подгруппа редкоземельных элементов, а это значит, что
на электронных оболочках его атомов должны быть электроны с
антипараллельными спинами.
Всего один дополнительный электрон появился в атоме гадолиния по
сравнению с атомом предыдущего элемента самария. Он, этот добавочный
электрон, попал на вторую снаружи оболочку, а первые пять электронных
"слоев", в том числе и развивающаяся у большинства лантаноидов оболочка N,
у атомов самария и гадолиния построены одинаково. Всего один электрон и
один протон в ядре, но как преображают они некоторые свойства очередного
лантаноида !
Прежде всего гадолинию свойственно наивысшее среди всех электронов
сечение захвата тепловых нейтронов, 46000 барн - такова эта величина для
природной смеси изотопов гадолиния. А у гадолиния-157 (его доля в природной
смеси 15,68 %) сечение захвата превышает 150 000 барн. Гадолиний-157 -
"рекордсмен" среди всех стабильных изотопов.
Отсюда возможности гадолиния при управлении цепной ядерной реакцией и
для защиты от нейтронов. Правда, активно захватывающие нейтроны изотопы
гадолиния, 157Gd и 155Gd, в реакторах довольно быстро "выгорают"
-превращаются в "соседние" ядра, у которых сечение захвата на много
порядков меньше. Поэтому в конструкциях регулирующих стержней с гадолинием
могут конкурировать другие редкоземельные элементы, прежде всего самарий и
европий.
Но не только рекордными сечениями захвата знаменит гадолиний. У него
наибольшее из всех лантаноидов удельное электрическое сопротивление-
примерно вдвое больше, чем у его аналогов. Почти в два раза больше, чем у
лантана и церия, и удельная теплоемкость гадолиния. Наконец, магнитные
свойства ставят элемент N64 в один ряд с железом, кобольтом и никелем. В то
время как лантан и другие лантаноиды парамагнитны, гадолиний -
ферромагнетик, причем даже более сильный, чем никель и кобальт. Но железо и
кобальт сохраняют ферромагнитность и при температурах порядка 1000 °С,
никель - до 631 °С. Гадолиний же теряе это свойство, будучи нагрет всего до
290°С.
Необычные магнитные свойства и у некоторых соединений гадолиния. Его
сульфат и хлорид (гадолиний, кстати, всегда трехвалентен), размагничиваясь,
заметно охлаждаются. Это свойство использовали для получения сверхнизких
температур. Сначало соль состава Gd2(SO4)3*8H2O помещали в магнитное поле и
охлаждали до предельно возможной температуры. А затем давали ей
размагнититься. При этом запас энергии, которой обладала соль, еще
уменьшался, и в конце опыта температура кристаллов от абсолютного нуля
отличалась всего на одну тысячную градуса.
Сверхнизкие температуры открыли еще одно применение элементу N64.
Сплав гадолиния с церием и рутением в этих условиях приобретает
сверхпроводимость. И в то же время в нем наблюдали слабый ферромагнитизм.
Таким образом, для магнетохимии представляют непреходящий интерес и сам
гадолиний, и его соединения, и сплавы.
Другой сплав гадолиния - с титаном - применяют в качестве активатора
в стартерах люминесцентных ламп. Этот сплав впервые получен в нашей стране.
ТЕРБИЙ.
Элемент N65 в природе существует в виде одного - единственного
стабильного изотопа тербий-159. Элемент редкий, дорогой и используемый пока
в основном для изучения свойств элемента N65. Весьма ограниченно соединения
тербия используют в люминофорах, лазерных материалах и ферритах.
Тербий - идеальный парамагнетик. В чистом виде представляет собой
металл серебристого цвета, который при нагревании покрывается окисной
пленкой.
Темно-коричневый порошок окиси тербия имеет состав Tb4O7 или
Tb2O3*2TbO2. Это значит, что при окислении часть атомов тербия отдает по
три электрона, а другая часть - по четыре. Треххлористый тербий TbCl3 -
самое легкоплавкое соединение из всех галогенидов редкоземельных элементов
- плавится при температуре меньше 600 °С.
История тербия достаточно путанная. В течении полувека существования
этого элемента не раз брали под сомнение, не смотря на то что
первооткрывателем тербия был такой авторитет в химии редких земель, как
Карл Мозандер. Это он разделил в 1843 г. иттриевую землю на три: иттриевую
(белого цвета ), тербиевую (коричневого ) и эрбиевую (розового). Но такие
известные ученые 19 века, как Р. Бунзен и Т. Клеве, нашли в иттриевой
земле лишь два окисла и счетали сомнительным существование третей -
тербиевой земли. Позже Лекок де Буабодран обнаружил тербий (вместе с
гадолинием и самарием ) в псевдоэлементе мозандрии. Однако затем он сам
запутался, придя к выводу, что существует не один тербий, а несколько
элементов - целая группа тербинов ... Словом, путанницы было хоть
отбавляй. И лишь в начале 20 века известный французский химик Жорж Урбен
(1872-1938) получил чистые препараты тербия и положил конец сп
| |  скачать работу |
Лантаноиды |
