18.3. Соединения

Бинарные соединения

В бинарных соединениях актиноиды проявляют степени окисления от +2 до +6. Для элементов от Th до Cm наиболее характерны +4 и +6, а для более тяжелых – +3.

Соединения с водородом. Торий, уран и другие актиноиды активно реагируют с водородом, образуя гидриды переменного состава, твердые металлоподобные соединения, например:

2U + 3H₂ 2UH₃.

При более высоких температурах гидриды разлагаются, а на воздухе могут воспламеняться.

Оксиды. Актиноиды образуют оксиды различного типа от ЭО до ЭО₃. Для тория, протактиния, урана, нептуния и америция наиболее характерен тип ЭО₂ – твердые, тугоплавкие соединения, практически не взаимодействующие с водой, разбавленными кислотами и щелочами (даже при сплавлении).

При более сильном нагревании уран образует оксиды типа U₃O₈ и UO₃ (соединения, как правило, переменного состава). UO₃ может быть получен также разложением диураната аммония:

(NH₄)₂U₂O₇ 2UO₃ + H₂O + 2NH₃.

Все оксиды урана легко растворяются в азотной кислоте с образованием солей уранила UO₂²⁺.

Гидроксиды актиноидов типа Э(ОН)₃ малорастворимы в воде и проявляют отчетливо выраженные основные свойства – легко взаимодействуют с кислотами, образуя соли ионов Э³⁺.

Гидроксиды Э(ОН)₄ проявляют слабо выраженные основные свойства.

Нитраты и сульфаты Э³⁺ и Э⁴⁺ хорошо растворимы в воде, а фосфаты, карбонаты и другие соли – плохо. Растворимые соли сильно гидролизуются.

Гидроксиды актиноидов в степенях окисления +5 и +6 проявляют слабоосновные свойства. В водных растворах устойчивы их сложные катионы типа ЭО₂⁺ и ЭО₂²⁺: UO₂²⁺ – ион уранила, NpО₂²⁺ – ион нептунила РаО₂⁺ ион протактинила и т. п.

Общие формулы гидроксидов этого типа – ЭО₂(ОН) и ЭО₂(ОН)₂ (иногда их изображают в виде кислот: НЭО₃ и Н₂ЭО₄, однако кислотные свойства у них практически не выражены). При взаимодействии с кислотами эти гидроксиды образуют соли соответствующих катионов:

ЭО₂(ОН)₂ + 2HNO₃ → ЭО₂(NO₃)₂ + 2Н₂О.

Кислотные признаки Н₂ЭО₄ проявляют лишь при сплавлении со щелочами: Н₂ЭО₄ + 2КОН → К₂ЭО₄ + 2Н₂О.

Получаемые при этом уранаты, нептунаты, плутонаты малостойки и разрушаются водой

18.4. Применение

Применение актиноидов и их соединений связано в основном с использованием атомной энергии. Так, уран, торий и плутоний являются ядерным горючим. Торий представляет интерес как легирующая добавка при получении жаропрочных сплавов. ThО₂ – составная часть некоторых катализаторов и огнеупоров.

Качественные задачи по химии элементов

Для решения задач по химии элементов необходимо знать свойства элементов, строение, физические и химические свойства простых веществ и соединений.

Можно выделить следующие группы и виды качественных задач:

I. Качественные задачи аналитического характера.

1. Распознавание кислот и солей.

2. Установление связей между классами неорганических соединений (примеры решения задач на генетическую связь между классами неорганических соединений приведены в брошюре «Основные классы неорганических веществ. Основы минералогии»).

3. Задачи на периодический закон и периодическую систему химических элементов Д. И. Менделеева.

4. Задачи на электролитическую диссоциацию (примеры решения задач данного вида приведены в брошюре «Теория электролитической диссоциации»).

5. Определение рН растворов солей (примеры решения задач данного вида приведены в брошюре «Теория электролитической диссоциации»).

6. Задачи на химическое равновесие (примеры решения задач данного вида приведены в брошюре «Химическая кинетика»).

7. Задачи на свойства отдельных элементов и их соединений.

II. Качественные задачи на классификацию веществ, их получение и превращение.

III. Качественные задачи по наблюдению явлений и их объяснению.

IV. Качественные задачи на применение приборов, их проектирование и конструирование.

Кроме того, при изучении химии элементов предполагается решение некоторых видов расчетных задач. В данной брошюре мы приведем примеры решения задач на определение массы (объема) продукта, полученного из вещества, имеющего примеси; на вычисление выхода (массовой доли выхода) продукта по массе реагирующего вещества и массе практически полученного продукта и обратные реакции.