17.3. Соединения

Бинарные соединения

У всех лантаноидов в бинарных соединениях наиболее устойчивая степень окисления +3, лишь у церия, празеодима и тербия проявляется и степень окисления +4, а у европия и иттербия – +2.

Соединения с водородом. Обычно лантаноиды образуют гидриды состава ЭН₂ (солеподобные вещества), а также (за исключением европия и иттербия) соединения, приближающиеся по составу к ЭН₃.

Гидриды являются очень активными веществами, энергично взаимодействующими с водой, кислородом, галогенами. Особенно реакционноспособны гидриды типа к ЭН₃.

Оксиды. Все лантаноиды образуют оксиды типа Э₂О₃ – твердые, кристаллические, тугоплавкие вещества.

Это – основные оксиды, в воде практически нерастворимые, но взаимодействующие с ней с образованием гидроксидов (оксиды тяжелых лантаноидов реагируют с большим трудом). Оксиды поглощают воду и углекислый газ из воздуха.

Они хорошо растворимы в кислотах, образуют при этом соли. Интенсивность их взаимодействия уменьшается от Се₂О₃ к Lu₂О₃.

Наиболее удобный способ получения оксидов – термическое разложение нитратов.

Для церия, празеодима, тербия известны оксиды типа ЭО₂, а для европия, самария, иттербия – типа ЭО (малоустойчивые).

Гидроксиды. Для всех лантаноидов характерны гидроксиды типа Э(ОН)₃, для церия – также Се(ОН)₄, а для европия и иттербия – типа Э(ОН)₂.

Гидроксиды типа Э(ОН)₃ получаются в виде аморфных осадков путем обменных реакций. Гидроксиды имеют основной характер – легко реагируют с кислотами, образуя соли катионов Э³⁺, но практически не взаимодействуют со щелочами. В воде практически нерастворимы.

В ряду Ce – Lu основной характер гидроксидов ослабляется, уменьшается устойчивость и растворимость.

Гидроксид Се(ОН)₄ – значительно более слабое основание, чем Се(ОН)₃.

Гидроксиды Eu(ОН)₃ и Yb(ОН)₂ – сильные основания, заметно растворимые в воде.

Из солей кислородсодержащих кислот Э³⁺ хорошо растворимы в воде нитраты и сульфаты, плохо – карбонаты, фосфаты.

Все соли легко образуют кристаллогидраты. Гидратированные ионы окрашены в разные цвета: Се³⁺ – бесцветный, Се⁴⁺ – ярко-желтый, Pr³⁺ – желто-зеленый, Nd³⁺ – красно-фиолетовый, Pm³⁺ – розовый, Sm³⁺ – желтый, Eu³⁺, Gd³⁺, Tb³⁺ – бесцветные, Dy³⁺ – желтовато-зеленый, Но³⁺ – коричнево-желтый, Er³⁺ – розовый, Tm³⁺ – бледно-зеленый, Yb³⁺ – бесцветный.

17.4. Применение

Основная область применения лантаноидов – металлургия, где они используются как добавки к различным сплавам. Оксиды этих элементов применяются в качестве катализаторов, входят в состав многих лазерных и ферромагнитных материалов, широко используются в оптической промышленности, в производстве специальных сортов стекол. В последние годы они нашли применение в качестве важных компонентов керамических сверхпроводящих материалов, твердотельных лазеров непрерывного излучения, входят в состав некоторых катализаторов крекинга нефти, используются в атомной энергетике.

18. Актиноиды

В семейство актиноидов (f-элементов 7 периода) входят: торий (Th), протактиний (Pа), уран (U), нептуний (Np), плутоний (Pu), америций (Am), кюрий (Cm), берклий (Bk), калифорний (Cf), эйнштейний (Es), фермий (Fm), менделеевий (Md), нобелий (No), лоуренсий (Lr).