соединений выщелачивают (кислотой или щелочью) торийсодержа щие руды, отделяют сопутствующие металлы экстракционными ме тодами. В результате переработки выделяют ТЬ02, ТЬр4 или ТЬСЦ. Металлический торий получают восстановлением ТЬ02 кальцием или электролизом расплава ТЬр4 и других галогенидов.
Торий является перспективным ядерным топливом для получения урана-233 по реакции
“ -Л+»+Г-+ “ ТЬ 'Л “ рЛ ™ц
Уран. Это актиноид с атомным номером 92, атомной массой 238,029. Содержание в земной коре 2,5ТО"4 % (масс, доли) в основ ном в виде изотопа 23811 (П/2 = 4,51ТО9 лет). Электронная структура 5/бс111з2. В соответствии с электронной структурой имеет степени окисления от +2 до +6 , наиболее характерная степень окисления +4. Равновесный электродный потенциал урана имеет отрицательное значение
11 + 2Н20=ЕГ02+ 4ЕГ+ 4е , - ^ 98= — 1,4 В.
На воздухе покрывается тонкой пленкой, не защищающей от кор розии. Порошкообразный уран пирофорен. Уран активно растворяет ся в растворах Н С1 и Н>Юз, медленно — в растворах Н 3Р О 4, Н Р и Н28 0 4, устойчив в щелочах. На воздухе уран окисляется. Скорость окисления резко возрастает при температуре выше 150°С. При окис лении образуются оксиды Й О ,1 Ю 2,1З4О 9,Л зСЬД ЗзО вД Ю з. Наиболее
устойчивы оксиды 1Ю2 и 1Ю3, причем 1Ю2 имеет основной, а 1Юз — амфотерный характер. При растворении 1Юз в кислотах образуются соли уранила 1 Ю 2+ .
К настоящему времени имеется несколько методов получения урана и его соединений.
Ураносодержащие руды после измельчения и обогащения вскры вают раствором Н2804 или Иа2С03 с получением соответственно 1Ю2804 или Ыа41102(С0з)з. После перевода солей в нитратную форму их экстрагируют в трибутилфтале (ТБФ) в виде 1102(Ы0з)2ТБФ. Если соли находятся в пульпе с малым содержанием уранила, то их извле кают из пульпы с помощью ионнообменных смол. Далее фторировани ем получают гексафторид урана который переводят либо в диоксид
ир6+ЗН2+02= Ш 2+6НР
либо в тетрафторид
и р 6+ Н 2=11Р4+ 2 Н Р
Диоксид урана высокой частоты используется в атомных реакто рах. Из тетрафторида урана получают металлический уран восста новлением кальцием или магнием. Разрабатываются ядерные реакто ры с расплавленным топливом 11Гб, находящимся в смеси с фторида ми лития и бериллия.
Плутоний. Это искусственный радиоактивный элемент. Известны 15 изотопов плутония от 232Ри до 246Ри. Наиболее важен для практики изотоп 239Ри(/1/2 =2,4-104 лет). Электронная структура 5/бс^Тя2. В со ответствии с электронной структурой следует ожидать степени окис ления от +2 до +8, однако соединения со степенью окисления +8 не известны. Наиболее характерна степень окисления +4. Компактный плутоний медленно окисляется на воздухе, порошкообразный металл пирофорен. Медленно взаимодействует с водой, растворяется в рас творах НС1, НСЮ4 и Н3РО4, пассивируется концентрированными ки слотами-окислителями: НЫОз и Н2 8 О4. При нагревании взаимодейст вует с галогенами, водородом, азотом и серой.
Плутоний получают в ядерных реакторах. Выделяют и очищают изотопы плутония в основном методами адсорбции и экстракции. Металлический плутоний можно получить восстановлением Р11Р4 и РиСЦ кальцием. Плутоний-239 служит топливом в атомных реакто рах, а также для изготовления атомного оружия. Плутоний-238 (Л/2= =86,4 г ) применяют для изготовления атомных ядерных источников шектричеекого тока. Плутоний сильно токсичен.
Итак, торий, уран и плутоний относятся к химически активным металлам, взаимодействующим со многими кислотами и окислителя ми. На воздухе металлы в той или иной степени защищены оксидны ми пленками. Порошкообразные металлы пирофорны. Уран, плуто ний и торий используются в атомной энергетике.
Вопросы для самоконтроля
17.11.Напишите уравнения электродных реакций, протекающих при электролизе расплава ТЬР4 с нерастворимыми анодами.
17.12.Определите степень окисления урана в соединении 1Ю2804.
17.13.Какую роль (окислителя или восстановителя) играют уран, водород и ки слород в реакции
11р6+зн2+о2= д а 2+бНР
17,14 Напишите уравнение реакции восстановления РиС14 кальцием.
О БЩ ЕЕ ЗА КЛ Ю ЧЕН И Е
Химия, изучающая вещества и законы их превращения, охватыва ет огромную область человеческих знаний. В настоящем учебнике излагаются наиболее общие законы химии и химические процессы, которые либо не изучались, либо частично изучались в школе: кван тово-механическая модель атомов и периодический закон элементов Д.И. Менделеева, модели химической связи в молекулах и твердых телах, элементы химической термодинамики, законы химической кинетики, химические процессы в растворах, а также окислительно восстановительные, электрохимические, ядерно-химические процес сы и системы. Рассмотрены свойства металлов и неметаллов, некото рых органических соединений и полимеров, приведены основные понятия химической идентификации. Показано, что многие экологи ческие проблемы обусловлены химическими процессами, вызванны ми деятельностью человека в различный сферах. Указаны возможно сти химии по защите окружающей среды.
Химия находится в непрерывном развитии. К особенностям со временной химии можно отнести более глубокое раскрытие основ ных законов и развитие теоретических ее основ (законов поведения электронов в атомах и молекулах, теории химической связи, разра ботка методов расчета структур молекул и твердых тел, теорий хими ческой кинетики, растворов и электрохимических процессов и др.) Вместе с тем, перед химией стоят многие нерешенные пока задачи, такие как разработка общей теории растворов, катализа, развитие химии твердого тела и др.
Теоретические законы и эксперименты позволяют химикам син тезировать новые химические соединения, которые находят'применение в практике, например, соединения благородных газов, соедине ния, обладающие высокотемпературной сверхпроводимостью, высо кой ионной проводимостьнэ (суперионики), фуллерены, полимеры с особыми свойствами, например, полимерные проводники первого рода, соединения включения (клатраты) и слоистые соединения, кон струкционная керамика, композиты и т.д.
В значительной мере благодаря успехам химии создаются новые области промышленности, например, получение топлива для атомной энергетики, полупроводниковая техника, производство интегральных и компьютерных схем, новых источников тока, крио-, плазмохимиче ские и мембранные технологии и др.
Важная роль отводится химии в решении кардинальных проблем, стоящих перед человечеством, таких как более полная комплексная переработка природного сырья, в том числе, ископаемого топлива, освоение энергии Солнца, использование сырьевых богатств Миро вого Океана, борьба с болезнями, повышение плодородия почвы и продуктивности животноводства. Особенно ответственные задачи стоят перед химией в решении экологических проблем, сохранении природной среды. В учебнике приведены некоторые примеры реше ния этих проблем. Однако краткий курс химии мог включить в себя лишь относительно небольшое число таких примеров. Кроме того, развитие химии приведет к открытию новых явлений, эффектов и процессов, и новых материалов.
Полученные в курсе химии знания необходимы при изучении по следующих курсов, таких как сопротивление материалов, материало ведение, основы теплопередачи, теоретические основы различных технологических процессов в электротехнике, электронике, микро электронике, радиотехнике, энергетике, авиационной и космической технике, машиностроении и приборостроении, в строительстве и дру гих направлениях подготовки специалистов.
Знания химии полезны в деятельности специалистов в любой от расли техники. Заранее невозможно предусмотреть все задачи, в ре шении которых специалистам потребуются химические ;нания. Од нако понимание основных законов химии, умение пользоваться мо нографической и справочной литературой, непрерывное повышение квалификации позволят специалистам находить оптимальные реше ния стоящих перед ним задач, в том числе с использованием законов химии, химических процессов и веществ.
Знания химии полезны любому человеку, поскольку он постоянно сталкивается с различными веществами и с различными процессами, так как научно-технический процесс вызывает к жизни все новые материалы, новые машины, аппараты И приборы, в которых широко используются достижения химии.
П Р И Л О Ж Е Н И Е
1. Способы выражения концентрации раствора
Концентрация |
Обозна- |
|
Количество, масса или |
|
|
Способ |
|
|
объем вещества |
|
|
выражения |
|
|
чение |
Раство |
Раствора |
Раство |
концентрации |
|
|
|
ряемого |
|
рителя |
или |
|
|
|
|
|
|
до 1 м3, |
размерности |
Молярная |
<?в |
х |
моль |
М3, Л |
моль/м3, |
|
|
|
|
|
|
1 |
л |
моль/л |
Молярная |
|
х |
моль |
з |
до 1 |
м3, |
моль экв/м3, |
концентрация |
сэк(В) |
|
экв |
1 л |
моль экв/л |
|
М , Л |
эквивалентов |
|
|
|
- |
1 кг |
|
Моляльность |
с„(В) |
X моль |
моль/кг |
Массовая |
Рв |
|
X кг |
м3, Л |
до 1 м3, |
кг/м3, |
Титр |
|
|
|
|
|
до 1 л |
кг/л |
' |
тв |
|
л г |
МЛ, см3 |
до 1 мл |
г/мл, г/см3 |
Молярная |
*в |
X МОЛЬ |
(х+у) МОЛЬ |
у моль |
х/(х+у) |
доля |
- |
|
|
|
(х+у) кг |
|
|
|
Массовая доля* |
© в |
|
X кг |
Укг |
х/(х+у) |
Объемная доля* |
<Рв |
|
хм3 |
( х + у ) М3 |
ум 3 |
х/(х+у) |
* Молярная, массовая и объемная доли могут быть выражены в % (умножением на 100), промилле, %о (умножением на 1000), в частях на миллион, рргп (умножением на 106) и в частях на миллиард, ррЬ (умножением на 109).
2. Термодинамические характеристики некоторых веществ
Вещество |
Щ . Ж . |
*/^0 |
С° |
кДж/моль |
,298 ’ |
А§(к) |
кДж/моль |
Дж/(моль- К) |
0,00 |
0,00 |
42,69 |
АгВг(к) |
-99,16 |
-94,9 |
107,10 |
АвС1(к) |
-127,07 |
-109,70 |
96,11 |
А&0(к) , |
-30,56 |
-10,82 |
121,81 |
А§0 (к) |
44,6 |
40,8 |
57,78 |
А1 (к) |
0,00 |
0,00 |
28,32 |
А120 3 ( к , корунд) |
-1676,0 |
-1580,0 |
50,94 |
Вг2 (ж) |
0,00 |
0,00 |
152,3 |
Вг2 (г) |
30,92 |
3,14 |
245,35 |
П родолж ение п рш ож . 2
д ттО
Вещество |
|
иЦГ1} ,2П ’ |
Д<^/,298 > |
/,298 ’ |
|
|
|
|
|
кДж/моль |
кДж/моль |
Дж/(моль- К) |
|
Н28 ( г ) |
|
-20,17 |
-33,01 |
205,6 |
|
Нё0 |
(к) |
|
-90,8 |
-58,3 |
70,3 |
|
12 ( к ) |
|
0,00 |
0,00 |
, 116,73 |
|
к (г) |
|
62,24 |
19,4 |
260,58 |
|
КС1 (к) |
|
-435,9 |
-408,3 |
82,7 |
КОН (к) |
|
-425,8 |
-380,2 |
59,41 |
и о н |
(к) |
|
-487,8 |
-443,9 |
42,7 |
|
и 2о |
(к) |
|
-598,7 |
-562,1 |
37,9 |
|
м § (к) |
|
0,00 |
0,00 |
32,55 |
|
М§С12 |
|
-641,6 |
-592,1 |
89,6 |
МёО (к) |
• |
:601,24 |
-569,4 |
26,94 |
Мё(ОН)2(к) |
-924,7 |
-833,8 |
63,14 |
Мп02 (к) |
|
-519,4 |
-464,8 |
53,14 |
|
|
н 2 |
|
0,00 |
0,00 |
191,5 |
|
Ш |
з |
(г) |
|
-46,19 |
-16,66 |
192,5 |
Н2Н4 (ж) |
|
50,4 |
149,2 |
121,3 |
NN,011 (р) |
-361,2 |
-254,2 |
165,4 |
Ш |
4С1 ( к ) |
|
-314,4 |
-203,0 |
94,6 |
|
N 0 (г) |
|
90,37 |
86,71 |
210,62 |
|
К 0 2-(г) |
|
33,50 |
51,8 |
240,45 |
Н20 4 (г) |
|
9,66 |
98,28 |
304,3 |
N 301 (к) |
|
-410,9 |
-384,0 |
72,33 |
НаОН (к) |
|
-427,8 |
-381,1 |
64,18 |
На2804 (к) |
-1384,6 |
-1266,8 |
149,4 |
Ыа2С 0 3 (к) |
-1 130,9 |
1047,7 |
136,0 |
N314103 (р) |
-446,2 |
-372,4 |
207,0 |
|
N1 (к) |
|
0 |
0 |
29,86 |
• |
|
№ 0 |
|
-239,7 |
-211,7 |
38,0 |
|
0 2 (г) |
|
0,00 |
0,00 |
205,04 |
|
Рз (г) |
|
142,3 |
163,4 |
238,8 |
|
О (г) |
|
247,5 |
230,1 |
161,0 |
Р (к, белый) |
0,00 |
0,00 |
41,1 |
|
РЬ (к) |
|
0,00 |
0,00 |
64,9 |
РЬ804 ( к ) |
|
-918,1 |
-811,2 |
147,28 |
РЬ02 (к) |
|
-276,6 |
-219,0 |
76,44 |
8 (к,ромб) |
0,00 |
0,00 |
31,88 |
|
802 ( г ) |
|
-296,9 |
-300,4 |
248,1 |
|
§03(г) |
|
-395,2 |
-370,4 |
256,23 |
8Ю2 (а-кварц) |
-859,3 |
-847,2 |
42,09 |
• |
Т1 (к) |
' |
0,00 |
0,00 |
30,6 |
Т1С14 ( г ) |
|
-758,9 |
-714,0 |
353,1 |
|
2п (к) |
|
0,00 |
0,00 |
41,59 |
|
2п0 (к) |
|
-349,0 |
-318,2 |
43,5 |
2 пС12 ( к ) |
|
-415,9 |
-369,2 |
108,4 |
3. Константы диссоциации некоторых слабых электролитов (при 298 К)
Вещество |
К= 1,7-7КГ4 |
Вещество |
кя |
|
НСООН |
н,во4 |
К,= 5,8-Ю-10 |
|
СНзСООН |
К= 1,7-5Ю'5 |
|
К2= 1,8-Ю'13 |
|
НС14 |
К= 7,9-Ю'10 |
н2о |
К3= 1,6-НГ14 |
|
Н2С03 |
* != 4,45-10'7 |
К= 1,8 1016 |
|
|
К2= 4,810'" |
Ш 4ОН |
А= 1,79-10'5 |
|
НР |
К= 6,61-Ю"4 |
А1(ОН)3 |
К2= 1,38-Ю'9 |
|
н ш 2‘ |
К= 4-10-4 |
2п(ОН)2 |
Я|= 4,4-10'5 |
|
Н280 3 |
Кх= 1,7-10'2 |
|
К2= 1,5-10'9 |
|
Н28 |
К2= 6,3 10'* |
Сй(ОН)2'* |
А:2= 510“3 |
|
А,= 1,1Ю ’7 |
Ре(ОН)2 |
А^РЗ-Ю -4 |
|
( |
К2= Н О '14 |
Ре(ОН)3 |
К2= 1,82-10" |
|
Н28Ю3 |
А,= 1,310‘10 |
|
К3= 1,35-10'12 |
|
|
к 2= г ю -12 |
Си(ОН)2 |
К2= 3,4-10'7 |
|
н3ро 4. |
К,= 7,5-10'3 |
ЩОН)2 |
К2= 2,5-10'5 |
|
|
К2= 6,3110‘* |
Сг(ОН)3 |
Ку= 1-10'10 |
|
|
К3= 1,3-ИГ12 |
А8(ОН) |
К= 1,1-10'4 |
|
НАЮ2 |
К= 6-10'13 |
РЬ(ОН)2 |
Р = 9 ,6 1 0 4 |
|
|
|
|
К2= 3 10-® |
|
Яд определена при 18°С. |
|
|
|
** Кя определена при 30°С. |
|
|
|
4. Произведения растворимости труднорастворимых в воде |
|
|
соединений (при 25 °С) |
|
|
Вещество |
ПР |
Вещество |
ПР |
|
А§С1 |
1,56-Ю'10 |
№8" |
1,1-10'^ |
|
А§Вг |
4,4-10 13 |
РЬС12 |
2,1210"5 |
|
А§1 |
9,7-10’17 |
РЫ2 |
9,8 10’9 |
|
Аё2304 |
1,1- т 5 |
РЬ804 |
1,6-10'* |
|
А&8 |
1,6-10'49 |
РЬ8 |
3,6-10'29 |
|
ВаС03 |
'8,110'9 |
2п8 |
7,4-10'27 |
|
’ Ва804 |
1,08 Ю 10 |
А§ОН |
1,93-10’8 |
|
м ёсо3 |
1,0-10'5 |
А1(ОН)3 |
5,1-Ю’33 |
|
СаС03 |
4,8-10'9 |
Сг(ОН)3 |
6,7-10’31 |
|
Са804 |
6,1-10'5 |
Си(ОН)2* |
5,0 1019 |
|
Са3(Р04)2 |
1,0-10"25 |
Ре(ОН)2 |
1,65-10'15 |
|
саз |
1,2-10'28 |
Ре(ОН)3 |
3,8-Ю'38 |
|
Си8 |
4,0-10'38 |
Мё(ОН)2 |
5,5-10'12 |
» |
Ре8 |
3,710'19 |
РИ(ОН)2 |
1,610'14 |
|
Ре283* |
1,010'88 |
РЬ(ОН)2 |
1,010'15 |
|
Мп8 |
2,010'15 |
2п(ОН)2 |
1,310'17 |
|
* ПР определено при 20 °С.
5. Константы нестойкости некоторых комплексных ионов при указанных температурах
Комплексный ион |
1,°С |
к„ |
[АёЕпГ |
20 |
2,0-10'5 |
[АВСУ |
25 |
1,76-10"5 |
[АЕ(МН3)2] |
30 |
9,3-10® |
[А8Вг2]- |
25 |
7,810-® |
[АДЕПТА]3' |
20 |
4,8-10® |
|
20 |
2,5-10"14 |
[Аё(СК)2]' |
18 |
8-10 22 |
[СаЕОТА]2' |
20 |
2,58-10"п |
[Сй(ЫН3)4]2+ |
25 |
7,56-10-® |
[Сс1(Еп)2]2+ |
25 |
6-10" |
[СйЕБТА]2- |
20 |
3,3-1017 |
[Сс1(СЫ)4]2- |
25 |
1,41-КГ'9 |
[Со( Ш 3)4]2+ |
30 |
2,8-10-6 |
[Со(Еп)2]2+ |
25 |
2,1910" |
[СоЕБТА]2- |
20 |
7,9-10 14 |
[Си(Р20 7)2]6- |
25 |
1,0-10'9 |
[Си(Ш3)4]2+ |
30 |
2,141013 |
[СиЕОТА]2' |
20 |
1,6-10'19 |
[Си(Еп)2]2+ |
25 |
7,41-10'21 |
[Си(СК)4]2" |
25 |
9,6-10-29 |
Комплексный ион |
<, °С |
к„ |
[ЕеССЫ),]4- |
25 |
МО’24 |
[Ре(СМ)6]3' |
25 |
1-10'31 |
№С14]2- |
25 |
8,5-10’6 |
[НЕ(НН3)4]2+ |
22 |
5,3-Ю'20 |
[НёВг4]2" |
25 |
Ы О"21 |
[Н814]2- |
25 |
1,48-Ю"30 |
[Н8(СЮ4]2- |
25 |
4-10-42 |
[МёЕОТА]2- |
20 |
2,4-10'9 |
[№(ЫН3)4Г |
25 |
1,12-10'® |
рчМ(СЫ)4]2- |
25 |
1,8-10 14 |
[№(Еп)2]2+ |
25 |
8,32-10"15 |
[№ЕОТА]2' |
20 |
3,54-10 19 |
[РЬВг4]2 |
25 |
М О3 |
[ры 3г |
25 |
2,22-10'5 |
[РКРгОт),]6- |
25 |
4,74-1С6 |
[2п(Р20 7)2]^ |
25 |
3,4-10‘7 |
[2п(ЫН3)4]2+ |
30 |
3,46- Ю 10 |
[2п(Еп)2]2+ |
25 |
8,5-10'2 |
[ 2 п ( О Н ) 4] 2" |
25 |
З.бЮ '6 |
[гпЕИТА]2' |
10 |
3,2-10'17 |
12п(С№ 412" |
18 |
1,3 1017 |
Примечание. Еп - этилендиамин МН2 - СН2 - СН2 - ЫН2; БОТА - этилендиаминтетрауксуснаякислота(комплексен):
(НСОО - СН2)2 - N - СН2- N - (СН2СООН)2.
6. Стандартные потенциалы металлических и газовых электродов (Т=298 К)
Элекфод
\лПЛ
КЬ+/КЬ
к+/к
Сз+/Сз
Ва2+/Ва
Са2+/Са
Электродная реакция |
г°,в |
1л++ е =Ы |
-3,045 |
КЪ++ е = Ш> |
-2,925 |
К++ е = К |
-2,925 |
Сз++ е = Сз |
-2,923 |
Ва2++ 2е = Ва |
-2,906 |
Са2++ 2е = Са |
-2,866 |
