РАЗДЕЛ 6. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И ИХ СОЕДИНЕНИЙ

Тема 12. Свойства металлов и их соединений

присутствуют и в водных растворах актиноидов (+3). В целом f-элементы образуют большое количество комплексных соединений. Несмотря на сходство РЗЭ между собой, они имеет неодинаковую склонность к комплексообразованию, наименьшая она у лантана. Координационные числа для ионов лантаноидов достигают величин 10 ÷ 14 (для La – 8 ÷ 9), что объясняется участием 4f-орбиталей в образовании гибридных орбиталей.

Сложность состава комплексных соединений актиноидов повышается с ростом степени окисления металла – К2[UCl6], [UO2(H2O)6]SO4.

Окислительно-восстановительные свойства. Известно довольно большое число солей, содержащих ион Ln2+. Наиболее устойчивы из них – производные Eu(2+) и Sm(2+)

2SmCl3 + H2 = 2SmCl2 + 2HCl ,

EuI3 = EuI2 + 1/2I2 .

В растворе эти соединения проявляют восстановительные свойства. 2SmCl2 + 2H2O = 2SmОCl + H2 + 2HCl.

Немногочисленные соединения лантаноидов (+4) – K2CeF6, Ce(ClO4)4, Ce(SO4)2 неустойчивы и обладают высокой окислительной активностью.

2Ce(SO4)2 + 2HCl (конц) = Cl2 + Ce2(SO4)3 + H2SO4.

Подобная закономерность проявляется и у актиноидов. Соединения Th(+3), Pa(+3), U(+3), Np(+3) – сильные восстановители. Соединения актиноидов в высоких степенях окисления +5, +6, +7 (AmO2F, UO2(NO3)2, Ba3(NpO5)2) – сильные окислители.

2NpO2Cl2 + SnCl2 = 2NpO2Cl + SnCl4.

В отличие от подобных соединений других d-металлов, последние проявляют в большей степени основные свойства

Pa2O5 + H2SO4 = (PaO2)2SO4 + H2O.

12.9.5. Применение

Наиболее широко лантаноиды используются в производстве сталей и сплавов. Введение в сталь десятых долей процента мишметалла позволяет очистить ее от примесей серы и газов, облегчает обработку, повышает текучесть. Нержавеющие хромоникелевые стали плохо прокатываются и обрабатываются. Добавление 0,03 % мишметалла резко увеличивает их пластичность и сводит потери металла при обработке к нулю.

Ценными свойствами обладают многие сплавы лантаноидов с черными и цветными металлами. Церий и железо образуют пирофорные сплавы, мель-

РАЗДЕЛ 6. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И ИХ СОЕДИНЕНИЙ

Тема 12. Свойства металлов и их соединений

чайшие частички которых самовоспламеняются на воздухе. Для отливки деталей сверхзвуковых реактивных самолетов, оболочек искусственных спутников Земли используют жаропрочные сплавы магния с лантаноидами. Сплав Се, Fe, и Мn применяют в производстве деталей поршневых двигателей, для изготовления хирургических инструментов.

Элементы Sm, Eu и Gd, обладающие способностью захватывать нейтроны, служат замедлителями ядерных реакторов. Изотоп 170Tm является источником излучения в атомных батарейках, имеющих размеры с обычную кнопку и продолжительность работы 5 лет. Изотоп 170Тm становится конкурентом рентгеновских аппаратов и используется в гамма-дефектоскопии для обнаружения дефектов в металлических деталях.

Широко применяют лантаноиды в стекольной промышленности, добавки СеО2 к обычному стеклу придают ему устойчивую прозрачность, La и Lu – высокую электропроводность. Неодим в сочетании с ванадием используют для изготовления оптических стекол.

Из актиноидов в настоящее время наибольшее применение нашли уран и плутоний, их ядра при захвате нейтрона способны делиться, причем становится возможным не только продолжение начавшегося деления, но и лавинообразное его нарастание. Деление ядер связано с огромным выделением энергии. Так, при делении 235U происходит выделение 75 млн кДж энергии на 1 г урана. Это позволило использовать уран и плутоний в качестве ядерного горючего в атомных энергетических установках.

Контрольныевопросыиупражнения

1.Укажите положение f-элементов в Периодической системе Д. И. Менделеева.

2.Составьте электронные конфигурации для атомов: а) лантана, гадолиния и лютеция в нулевой степени окисления, б) церия и неодима в степени окисления (+3), в) церия в степени окисления (+4).

3.Перечислите лантаноиды, которые в соединениях проявляют степени окисления (+2), (+3), (+4). Приведите примеры соединений.

4.Охарактеризуйте окислительно-востановительные свойства соединений лантаноидов в степенях окисления (+2) и (+4).

5.Укажите кислотно-основной характер гидроксидов в степенях окисления –(+2, +3, +4). Подтвердите это уравнениями реакций.

6.Что такое мишметалл и как его получают?

7.Составьте уравнения следующих реакций: Ce(OH)3 + O2 + H2O =

Ce2O3 + NaBiO3 + HNO3 = Ce(OH)4 + HCl (k) = CeCl3 +… CeO2 + H2O2 + HNO3 = O2↑ +…

РАЗДЕЛ 6. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И ИХ СОЕДИНЕНИЙ

Тема 12. Свойства металлов и их соединений

Какие химические свойства соединений церия (+3) и (+4) проявляются в этих реакциях?

8.Составьте электронные конфигурации атомов актиноидов с порядковыми номерами 90 и 103. Назовите эти элементы, перечислите их возможные степени окисления.

9.Напишите уравнения реакции диспропорционирования иона плутония PuO2+ в водном растворе.

10.Объясните, почему в водном растворе ионы актиноидов Э+5 и Э+6 не существуют и превращаются в ионы ЭО2+ и ЭО22+?