Реферат: Лантаноиды и актиноиды

В растворах фосфор­ной и плавиковой кислот лантаноиды устойчивы, так как образуют защитные пленки малорастворимых со­лей. В водных растворах щелочей лантаноиды не рас­творяются. Химическая активность элементов в ряду Се—Lu несколько снижается, что связано с умень­шением радиусов их атомов и ионов.

Оксиды лантаноидов от­личаются высокой химической прочностью и тугоплав­костью. Например, La₂ 0₃ плавится при температуре выше 2000°С, а Се0₂ — около 2500°С. В воде они практически нерастворимы, хотя интенсивно (с выделением теплоты) взаимодействуют с ней с образованием соответствующих гидроксидов Э(ОН)₃ . Гидроксиды также труднорастворимы в воде. В ряду лантаноидов основная сила гидроксидов постепенно уменьшается с уменьшением радиусов в результате лантаноидного сжатия. С уменьшением ионных радиусов увеличивается прочность связи с кислородом. Поэтому гидроксиды последних лантаноидов - иттербия и лютеция – проявляют слабую амфотерность .

Оксиды и гидроксиды лантаноидов растворяются в кислотах (кроме HF и Н₃ Р0₄ ).

Соли лантаноидов со степенью окисления +3 почти не гидролизуются, поскольку Э(ОН)₃ -довольно силь­ные основания. Хорошо растворимые соли (хлориды, нитраты, сульфаты) обра­зуют различные кристаллогидраты. Мало растворимы фториды, карбонаты, фос­фаты, оксалаты. Многие соли Э³⁺ образуют с аналогичными солями щелочных металлов хорошо кристаллизующиеся двойные соли. Раньше их применяли для разделения РЗЭ кристаллизацией.

Э₂ (SO₄ )₃ + Ме₂ SO₄ = Ме₂ SO₄ ·Э₂ (SO₄ )₃

Ионы Э³⁺ в водном растворе образуют гидратные комплексы [Э(H₂ 0)_n ]³⁺ , n=8. Гидратированные ионы окрашены: Се³⁺ - бесцветный, Рr⁺³ - желто-зеленый, Nd³⁺ - красно-фиолетовый, Рm³⁺ - розовый, Sm³⁺ -желтый, Eu³⁺ , Gd³⁺ , Tb³⁺ - бесцветные, Dy³⁺ - бледно-желто-зеленый, Но⁺³ - коричневато-желтый, Ег⁺³ - розовый, Тm - бледно-зеленый, Yb³⁺ , Lu³⁺ — бесцветные. Ион Ce^{4 +} (p) имеет ярко-желтую окраску.

Некоторые лантанои­ды имеют, помимо характеристической, еще степени окисления +4 и+2. Среди лантаноидов, проявляющих степень окисления +4, выделяется церий. Относительно более стабильные соединения в степени окисления +2 дает европий.

Диоксид СеО₂ образуется при непосредственном взаимодействии компонентов . Он плавится при 2600 ⁰ С под давлением кислорода, начинает отщеплять кислород только при 2300 ⁰ С. При 1250 ⁰ С Се0₂ восстанавливается водородом до Се₂ 0₃ . Диоксид церия не растворяется в воде, а после прокали­вания и в кислотах, и в щелочах. СеО₂ -.является сильным окислите­лем, например, выделяет хлор из соляной кислоты:

2CeO₂ +8HCI = 2CeCl₃ +CL₂ + H₂ 0

Гидроксид церия Се(ОН)₄ при взаимодействии с кислотами-восстано­вителями образует соли со степенью окисления це­рия +3:

2Се(ОН)₄ + 8НС1 = 2СеС1₃ + С1₂ + ЗН₂ 0.

Из солей кислородсодержащих кислот, содержащих ионы лантаноидов со степенью окисления +4, известны только произ­водные церия. Сульфат Ce(S0₄ )₂ получается нагреванием Се0₂ с горячей концентрированной серной кислотой. Ce(S0₄ )₂ — порошок желтого цвета, хорошо растворяется в воде, подвергается гидроли­зу. Сульфат церия из водных растворов выделяется в виде розовых кристаллов с различным содержанием воды, среди которых домини­руют кристаллогидраты с 8 молекулами воды. Известны только ос­новные нитраты и карбонаты: Ce(OH)(N0₃ )₃ и Се₂ (ОН)₂ (СО₃ )₃ . В то же время Се (+4) образует устойчивые ацетат и перхлорат: Се(СН₃ СОО)₄ , Се(С10₄ )₄ .

Для Ce(+4) известны довольно устойчивые комплексы [Се(С₂ О₄ )₃ ]'^2_ и [Се(N0₃ )₆ ]^-2 . Из галогенидных комплек­сов наиболее устойчивы фторидные.

Степень окисления +2 наиболее характерна для европия, хотя известны оксиды, галогениды и сульфаты самария и иттербий в степени окисления +2. На­греванием на воздухе Eu₂ 0₃ с графитом до 1700 ⁰ С получен темно-коричневый оксид ЕuО. Монооксид европия — тугоплавкие куби­ческие кристаллы — медленно разлагается водой с выделением во­дорода, т. е. является сильным восстановителем. Известны также монооксиды самария и иттербия . Восста­новлением EuF₃ водородом при 1000 ⁰ С можно получить дифторид EuF₂ . Известны дихлориды, дибромиды, дииодиды Sm, Eu, Tm и Yb. Их устойчивость в указанном ряду лан­таноидов снижается слева направо и, естественно, от хлоридов к иодпдам.

Катодным восстановлением сульфатов Э(+3) получены белый EuSO₄ , светло-зеленый YbSO₄ , и красный SmSO₄ .

Все производные лантаноидов в степени окисления +2 являются восстановителями, например :

2 YbSO₄ +H₂ SO₄ = Yb₂ (SO₄ )₃ + H₂

-Свойства актиноидов

Из актиноидов наибольшее значение имеют лишь торий, уран и плутоний. Поэтому рассмотрим их более подробно.

Торий, уран и плутоний - серебристо-белые твердые ме­таллы, на воздухе быстро покрываются темной пленкой из оксидов и нитри­дов. Некоторые физические свойства некоторых актиноидов указаны в табл. 2

Таблица 2.

Физические свойства некоторых актиноидов

Металл	Плотность, кг/м3	Температура, °С
		плавления	кипения
Актиний	-	1 100	-
Торий	11720	1750	3 000-4 400
Протактиний	15 370	1 873	—
Уран	19 040	1 132	3818
Нептуний	20 450	637	—
Плутоний	19 740	640	3 235
Америций	13 670	995	2 607
Кюрий	13 500	1340	-

Данные элементы радиоактивны, периоды полураспада для ²³² Th, ²³⁸ U и ²³⁹ Pu состав­ляют соответственно 1,40 •10¹⁰ , 4,5•10⁹ и 24 400 лет.

Строение внешних электронных оболочек атомов: 6d² 7s² , U 5f³ 6d¹ 7s² , Pu 5f⁶ 7s² . Таким образом, в атоме Pu происходит «провал» электрона на 5f-оболочку.

Торий, являющийся аналогом церия, проявляет степени окисления +2, +3 и +4, две первые редки, последняя - характерна. Стабильность степени окисления +4 связана с тем, что ион Th⁴⁺ имеет электронную конфигурацию атома Rn. Как уже указано выше, характерными степенями окисления урана являются +4 и +6, последняя представлена большим числом соединений (ион U⁶⁺ имеет электронную конфигурацию Rn). Плутоний проявляет степени окисления от +3 до +7, наиболее распространены соединения Pu⁺⁴ .

Для остальных актиноидов характерны следующие степени окисления :

протоактиний +4, +5 и +6

нептуний и плутоний наиболее характерна степень окисления +3 и

+4, получены соединения со степенями