книги / Неорганическая химия

тивность, почему многие из них издавна применяются в качестве катализаторов в разных химических процессах.

В соединениях отдельные платиновые металлы проявляют раз­ ную валентность. Отсюда соединения этих элементов по своим ти­ пам весьма разнообразны. Известны следующие валентные состо­

ской платины с царской водкой. Это соединение платины является исходным для получения ряда других ее соединений. .

Известны также двухвалентные производные палладия и отчасти платины. Такие соединения палладия, как Рб(Ы03)2, РёС12*2Н20 , являются обычными продажными препаратами палладия.

Для родия и иридия более характерны их трехвалентные соеди­ нения. Гидроокиси КЬ(ОН)з и 1г(ОН)3 обладают основным харак­ тером, практически в воде не растворимы, при нагревании пере­ ходят в окиси РЬ20 3 и 1г20 3.

Для осмия и рутения наиболее характерны их шестивалентные соединения. При сплавлении со щелочами в присутствии окисли­ телей (КМ03 и др.) они образуют соли осмиевой и рутениевой ки­ слот Ка0 з0 4 • 2Н20; КаКи04 ♦ Н20 (так называемые осматы и рутенаты). Эти соединения сравнительно малоустойчивы, причем ионы осмиевой кислоты на воздухе медленно окисляются до окиси 0з04, а ионы рутениевой кислоты легко восстанавливаются до Ки02 — наиболее устойчивого кислородного соединения рутения.

Известны производные, в которых осмий и рутений восьмива­ лентны. Наиболее устойчивыми из них являются четырехокись ос­ мия 0з04 и четырехокись рутения Ки04. Эти четырехокиси — легкоплавкие, легколетучие кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, причем в этих растворах .кислотных свойств не обнаруживают, являются сильными окислителями.

Все платиновые металлы образуют многочисленные комплекс­ ные соединения (см. гл. XX).

Применение платиновых металлов. Платиновые металлы нахо­ дят широкое и разнообразное применение в технике. Использо­ вание их основано, главным образом,, на тугоплавкости, высокой электропроводности, малой летучести при высоких температурах, высокой вязкости и химической пассивности этих металлов.

Наиболее широко используется платина и ее сплавы, которые применяют для изготовления специальных приборов, кислотоупор­ ной заводской аппаратуры, специальных инструментов. Из нее изготовляют платиновую лабораторную посуду, термопары, элект­ рические приборы, контактную проволоку, и др. Из сплавов пла­ тины и иридия изготовляют эталоны мер, а из сплавов с родием —

сетки, применяемые в качестве катализаторов при окислении амми­ ака в азотную кислоту. Сплавы с медью, ртутью и палладием раз­ личного состава применяют в ювелирном и зубоврачебном деле.

Родий и палладий обладают высокой отражательной способно­ стью света и их применяют для покрытий зеркал рефлекторов. Эти покрытия, в отличие от серебра, не тускнеют.

Палладий используют для изготовления электрических контак­ тов, термопар, в вакуумной технике, а также в ювелирном деле.

Осмий нашел применение как катализатор при синтезе аммиака, при гидрировании органических соединений, для окраски микро­ скопических препаратов.

Иридий в виде иридиевой черни обладает высокими каталити­ ческими свойствами и находит соответствующее применение в ка­ тализе. В сплавах с платиной он идет на покрытие концов «вечных» перьев, используется для электрических контактов, тиглей, чашек и т. п. Сплавы иридия с осмием обладают высокой твердостью и идут на изготовление трущихся деталей, морских компасов, часо­ вых механизмов, термоэлементов и др.

Глава XXVIII

АКТИНИДЫ (ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ)

К ряду актинидов относят элементы, следующие в периодиче­ ской системе за актинием Ас (аналогично лантанидам, следующим за лантаном). К ним относятся торий ТЬ, протактиний Ра, уран 11 и элементы, полученные искусственным путем на ядерных реакто­ рах.

в природе и открыты обычными методами (см. гл. XXV). Осталь­ ные так называемые трансурановые элементы (начиная с нептуния

1955 г., элемент 102— в 1958 г., а 103-й — в 1961 г. (лауренсий Ь/).

Аналогия в строении внешних электронных оболочек этих эле­ ментов обусловливает их близость в химическом отношении, хотя и не столь выраженную, как у лантанидов. Валентность, проявляе­ мая этими элементами, более разнообразна, чем у лантанидов (табл. 64).

Таблица 64 Валентность актинидов

Актиниды Валентность

*Предполагаемая валентность. -

**Подчеркнутые цифры — валентность в наи­ более устойчивых соединениях.

Искусственное получение этих элементов началось с открытия американскими учеными Макмилланом и Эбельсоном (1940) радио­ активного элемента с порядковым номером 93, получившего назва­

ми числами от 231 до 241. Наиболее долгоживущий из этих изо­ топов а-радиоактивный изотоп Ыр237 с периодом полураспада 2,2 .10е лет.

В свободном состоянии нептуний — тяжелый металл с сереб­ ристым блеском (удельный вес 19,5), трудноокисляющийся на воз­ духе, с температурой плавления 640°С. Этот элемент весьма элект­ роположителен и сходен по химическим свойствам с редкоземель­ ными элементами. Он обладает переменной валентностью от 3 до 6, причем наиболее устойчивы его четырех-, пяти- и шестивалентные соединения.

Из соединений четырехвалентного нептуния наиболее изучена двуокись Ыр03 — коричневый кристаллический порошок, нерас­ творимый в кислотах. Его гидроокись Ыр(ОН)4 •лН20 — студе­ нистая, зеленовато-серая Масса, легкорастворимая в кислотах с образованием соответствующих солей нептуния.

Известен также ряд солей четырехвалентного нептуния:

Ыр3 (Р04)4 •лН20; Ыр (С20 4) -лН20 ; ЫрС14 и др.

Характерными соединениями пяти- и шестивалентного нептуния являются ЫрО(ОН)3; ИрРв и др.

Соединения нептуния других валентностей менее устойчивы и легко подвергаются изменениям.

Плутоний 94Ри239 — радиоактивный элемент, впервые получен­ ный искусственным путем американским ученым Г. Сиборгом с сотрудниками в конце 1940 г. путем облучения урана Дейтонами в циклотроне по схеме:

(93Ыр238) — 0,Ри238 + р~,

или

Г

и 238 (Э^л) Ыр238 -> Ри238.

Назван этот элемент по имени планеты Плутон, расположенной

всолнечной системе за Нептуном.

Внастоящее время известно 14 изотопов плутония с массовыми числами от 232 до 244. Из этих изотопов более подробно изучен и нашел практическое применение а-радиоактивный изотоп Ри230 с периодом полураспада в 24360 лет. Получают этот изотоп в резуль­ тате облучения II238 медленными (тепловыми) нейтронами по схе­ ме:

Г г

92П238 + л -> (921Я9) - 93Ыр239 - 91Ри239,

или в краткой записи:

^ « ( л ^ П ^ Р и 239.

Изотоп плутония Ри239 имеет большое значение как «ядерное горючее». Он ведет себя, как изотоп урана II235, делится под дей­ ствием медленных и быстрых нейтронов с выделением вторичных нейтронов, обеспечивающих цепную ядерную реакцию. Кроме того, Ри230 обладает большим периодом полураспада и может быть получен в сравнительно больших количествах.

Этот изотоп обнаружен также в ничтожных количествах в при­ родных условиях, где он образуется, по-видимому, из урана при действии нейтронов космических лучей, а также возникающих в результате спонтанного деления урана и др.

Плутоний — тяжелый блестящий металл с голубоватым оттен­

ос-радиоактивностью, что требует при работе с ними соблюдения необходимых мер предосторожности.

Подобно нептунию, плутоний обладает переменной валент­ ностью (от 3 до 6). Наиболее устойчивы соединения четырехвалент­ ного плутония.

Из окислов плутония более устойчивы: закись РиО, двуокись Ри02 и перекись плутония Ри04. Двуокись плутония РиОа — кри­ сталлический порошок коричнево-желтого цвета, которому соот­

Э тот элемент был назван америцием А т по аналогии с соответ­ ствующим ему элементом из числа лантанидов, названным евро­ пием Ей.

В настоящее время известно 10 изотопов америция с массовы­ ми числами от 237 до 244. Наиболее устойчив из них а-активный А т 243 с периодом полураспада 8800 лет.

Америций — серебристо-белый, ковкий металл, более легкий, чем уран, нептуний и плутоний (удельный вес 11,7).

Наиболее устойчивы соединения трехвалентного америция. По своим свойствам он похож на редкоземельные элементы (неодим— N<1, самарий — 5 т и европий— Ей).

Из окислов наиболее известна и устойчива двуокись А тО а — черный, нерастворимый в воде кристаллический порошок, полу­ чаемый при прокаливании гидроокиси трехвалентного америция.

Соединения америция высших валентностей неустойчивы. Ме­

таллический америций энергично реагирует с водородом с образо­ ванием гидрида АгпН3.

Кюрий 9СС т 245— радиоактивный химический элемент, открыт Г.* Сиборгом с сотрудниками почти одновременно с америцием при облучении плутония а-частицами с большой энергией (40 м. э. в.) по схеме:

„Р ц ^ + а - и С ш ^ + л

или

В4Ри2:'9 (а, я)9;{С т242.

В настоящее время известно 13 изотопов кюрия с массовыми числами от 238 до 250. Самый долгоживущий из них С т 248 имеет период полураспада 4,7 • 105 лет,

Кюрий — металл серебристого цвета (удельный вес 7). По своим свойствам похож на редкоземельный металл гадолиний. Наиболее устойчивы соединения трехвалентного кюрия. Он стоек против окисления, характеризуется очень высокой а-активностыо; что затрудняет изучение свойств этого элемента.

Из соединений кюрия описаны его окись С т 20 3 и гидроокись Ст(ОН)3 — светло-желтого цвета, бесцветный фторид СшР9 и не­ которые соли (щавелевой, фосфорной, йодной кислот).

Берклий П7Вк244 — радиоактивный химический элемент, от­ крытый Г. Сиборгом с сотрудниками в 1950 г. путем облучения америция а-частицами:

85Агп241 + а - » 97В к244 + п.

Свое название этот элемент получил по имени г. Беркли — места его открытия.

Ничтожно малые количества америция были отделены от дру­ гих продуктов ядерной реакции методом ионнообменной хромато­

Г. Сиборгом с сотрудниками почти одновременно с берклием (1950) при облучении кюрия С т 242 а-частицами большой энергии (35 мэв) по схеме:

96С т242 + а -*• 98СГ244 2п.

Выделение этого элемента производилось тем же методом, что и берклия. Несмотря на то, что общее количество калифорния не превышало 10000 атомов, его удалось отделить и изучить некоторые химические свойства.

В настоящее время известно 11 изотопов калифорния с массо­

выми числами от 244 до 254. Из них самый долгоживующий изо­ топ С1249 с периодом полураспада —400 лет.

Пока получены соединения калифорния, в которых он трехва­ лентен. Соединения с более высокими валентностями не выделе­ ны.

Эйнштейний 9ВЕз266 — искусственно-радиоактивный элемент, впервые выделенный группой американских ученых в Калифор­ нийском университете в виде изотопа Ез253 путем облучения урана мощным мгновенным потоком нейтронов.

Название этому элементу дано в честь Альберта Эйнштейна — величайшего физика XXв.

В настоящее время известно 10 изотопов эйнштейния с массо­ выми числами от 246 до 255; из них наиболее долгоживущий изо­ топ Ез264 с периодом полураспада 272 дня. Детально химические

мент, впервые выделенный группой шведских ученых в Стокгольм­ ском университете в начале 1953 г. путем ионообменного разделе­ ния продуктов облучения урана мощным потоком нейтронов.

Известно 7 изотопов фермия с массовыми числами от 250 до 256. Изотоп Рш250 получен в циклотроне при облучений урана ионами кислорода, а остальные — в. ядерных реакторах при об­ лучении плутония Ри или Ез253 медленными нейтронами по схеме:

г .

Ез253 (/г,^) Ез254 -► Рш284.

Назван этот элемент в честь известного итальянского физика Э. Ферми, получившего искусственные радиоактивные изотопы почти всех известных химических элементов посредством облуче­ ния их нейтронами. По химическим свойствам фермий близок к редкоземельному элементу эрбию Ег, а также к кюрию. Осталь­

мент, получен в 1955 г. Т. Сиборгом с сотрудниками путем облуче­ ния изотопа эйнштейния Ез253 в циклотроне потоком а-частиц (с энергией 41 мэв).

Ез253 4* а Мс125в -{- п.

Новый элемент был назван в честь Д. И. Менделеева, открывше­ го периодический закон.

Элементы 102-й и 103-й. В 1957— 1958 гг., рядомученых (в

СССР и США) в реакциях по облучению плутония и самария мно­ гозарядными ионами (О16, С12) выделен новый1элемент 102 с пе­ риодом полураспада в несколько секунд. Окончательное назва­ ние ему еще не дано. В 1961-ом году в Калифорнийском универси­

тете получен новый 103 элемент— последний элемент актинид­ ной группы.

Осуществление синтеза трансурановых элементов расширило рамки периодической системы химических элементов Д. И. Менде­ леева, но не нарушило ее основ. Более того, периодический закон был руководящим началом при синтезе трансурановых элемен­ тов.

Глава XXIX

ВНУТРИАТОМНАЯ (ЯДЕРНАЯ) ЭНЕРГИЯ

ИОСНОВЫ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ

I.ЯДЕРНЫЕ СИЛЫ И ЭНЕРГИЯ ЯДЕРНОЙ СВЯЗИ

Вхимическом процессе атом, как известно, или теряет часть электронов, переходя в положительно заряженный ион, или при­ тягивает к себе электроны, недостающие до насыщения наружно­ го электронного слоя, заряжаясь отрицательно. Чаще же проис­ ходит связывание между собой электронов с противоположными спинами за счет взаимного замыкания создаваемых ими магнит­ ных полей. Во всех этих процессах ядра атомов остаются неиз­ менными, и элемент сохраняет свою индивидуальность.

Протоны в ядре, обладая одноименными положительными за­ рядами, казалось, должны отталкиваться друг от друга, однако атомы большинства элементов устойчивы. Это позволяет предпо­ лагать, что в ядрах атомов, кроме кулоновских сил отталкивания,

должны действовать особые силы притяжения очень большой мощности, которые удерживают яДерные частицы. Электроны с ядром связаны силами кулоновского притяжения, величина кото­ рых измеряется всего только в несколько электроновольт; сила же связи частиц в ядре измеряется миллионами электроновольт. Эти силы получили название ядерных сил.

Представление об этих силах, отличных от общеизвестных в природе сил, впервые было развито советским физиком академи­ ком И. Е. Таммом и немецким физиком В. Гейзенбергом. Дейст­ вие их проявляется в равной степени между всеми ядерными ну­ клонами (протонами и нейтронами) и не зависит от заряда частиц.

Они действуют на расстоянии порядка 10—12— Ю” 13см и с уве­ личением расстояния быстро убывают. Но эти силы, подобно си­ лам химической валентности, обладают свойством насыщения,