У дома » човешка анатомия » Получаване, свойства и приложение на лантан. Структурата на атома на лантана Химични свойства на лантана

Получаване, свойства и приложение на лантан. Структурата на атома на лантана Химични свойства на лантана

Въведение

1. Разписка

2. Свойства

3. Приложение

4. Биологична роля

Заключение

Въведение

Лантанът като химичен елемент не можеше да бъде открит 36 години. През 1803 г. 24-годишният шведски химик Йонс Якоб Берцелиус изследва минерала, известен днес като церит. В този минерал са открити итриева земя и друга рядка земя, много подобна на итрия. Нарекоха го церий. През 1826 г. Карл Мозандер изследва цериевата пръст и заключава, че тя е хетерогенна, че освен церий съдържа още един нов елемент. Мозандер успява да докаже сложността на цериевата пръст едва през 1839 г. Той успява да изолира нов елемент, когато разполага с по-голямо количество церит.

1. Разписка

Металният лантан, разбира се, далеч от чистотата, е получен за първи път от Мозандер чрез нагряване на лантанов хлорид с калий. В наши дни в индустриален мащаб лантанът се получава с чистота над 99%; предимно от монацит и бастнесит, както и церий и всички други елементи от подгрупата на церия.

Мозанитът е тежък, лъскав минерал, обикновено жълто-кафяв, но понякога с други цветове, тъй като не се различава по състав. Най-точно неговият състав се описва с такава странна формула: (REE)RO4: това означава, че монацитът е фосфат на редкоземни елементи (REE). Обикновено в моналита 50-68% REE оксиди и 22-31,5% P2O5. Освен това съдържа до 7% циркониев диоксид, 10% (средно) ториев диоксид и 0,1-0,3% уран. Тези цифри ясно показват защо в наше време пътищата на редкоземната и ядрената индустрии са тясно преплетени. Монацитните разсипи са разпространени по бреговете на реки, езера и морета на всички континенти. В началото на века (данни за 1909 г.) 92% от световното производство на редкоземни суровини, предимно монацит, идва от Бразилия. След 1950 г., във връзка с развитието на ядрената индустрия, САЩ стават хегемон сред капиталистическите страни в добива и преработката на редкоземни суровини.

За получаване на монацитов концентрат с чистота 92 - 96% се използва комплекс от гравитационни, магнитни и електростатични методи за обогатяване. В резултат на това по пътя се получават илменит, рутил, циркон и други ценни концентрати.

Като всеки минерал, монацитът трябва да се "отвори". Най-често монацитният концентрат се третира за това с концентрирана сярна киселина (алкалният метод за отваряне на монацит също стана широко разпространен). Получените сулфати на редкоземни елементи и торий се излугват със студена вода. След като преминат в разтвор, силициевият диоксид и част от циркона, които не са се отделили в предишните етапи, остават в утайката.

На следващия етап се отделя краткотраен мезоторий (радий - 228), а след това и самият торий - понякога заедно с церий, понякога отделно. След изолирането на церия по-голямата част от лантана остава в разтвор, който обикновено се получава под формата на LaCl3 хлорид. Електролизата на разтопен хлорид произвежда лантан с чистота до 99,5%. Още по-чист лантан - 99,79% и по-висок се получава чрез калциев термичен метод. Това е класическата, традиционна технология. Както можете да видите, получаването на елементарен лантан е сложен въпрос.

Отделянето на лантанидите - от празеодим до лутеций - изисква още повече усилия и пари, и време, разбира се. Ето защо през последното десетилетие химици и технолози в много страни по света се стремят да създадат нови, по-модерни методи за разделяне на тези елементи. Такива методи - екстракция и йонообмен - бяха създадени и въведени в индустрията. Още в началото на 60-те години на миналия век инсталации, работещи на принципа на йонообмен, постигнаха 95% добив на редкоземни продукти с чистота до 99,9%.

2. Свойства

Физични свойства на лантана

ЛАНТАН (от гръцки lanthano - скриващ се; лат. Lanthanum) La, хим. елемент III гр. периодичен системи, атомен номер 57, атомна маса 138.9055; принадлежи към редкоземните елементи. Естественият лантан се състои от два изотопа 139La (99,911%) и радиоактивен 138La (0,089%).


атомно число
Външен вид	мек, ковък, вискозен сребристо-бял метал
Свойства на атома
Атомна маса (моларна маса)	138.9055 а. е. м. (g/mol)
Радиус на атома
Йонизационна енергия (първи електрон)	541,1 (5,61) kJ/mol (eV)
Електронна конфигурация
Термодинамични свойства
Плътност
Специфична топлина	0,197 J/(K mol)
Топлопроводимост	13,4 W/(m K)
Температура на топене
Топеща топлина	8,5 kJ/mol
Температура на кипене
Топлина на изпарение	402 kJ/mol
Моларен обем	22,5 cm3/mol
Химични свойства
ковалентен радиус
Йонен радиус	101. (+3e) 6 вечерта
Електроотрицателност
Потенциал на електрода
Състояния на окисление	7, 6, 4, 3, 2, 0, -1
Кристална клетка
Решетъчна структура	шестоъгълна
Решетъчен период
съотношение c/a
Температура на Дебай

Химични свойства

По химични свойства лантанът е обикновен, но изключително огнеупорен. При сух въздух той не се променя - оксидният филм надеждно предпазва от окисляване в насипно състояние. Но ако въздухът е влажен (а при обикновени земни условия почти винаги е влажен), металът лантан постепенно се окислява до хидроксид. В кислорода, когато се нагрява до 450 ° C, той гори с ярък пламък (в този случай се отделя доста топлина). Ако се калцинира в азотна атмосфера, се образува черен нитрид. В хлора лантанът се запалва при стайна температура, докато реагира с бром и йод само при нагряване. Разтваря се добре в минерални киселини, не реагира с алкални разтвори. Във всички съединения лантанът проявява валентност 3+.

Реакцията с водород и лантан започва вече при стайна температура и протича с отделяне на топлина. Образуват се хидриди с променлив състав, тъй като в същото време лантанът абсорбира водород - колкото по-интензивно, толкова по-висока е температурата.

3. Приложение

Производство на стъкло

Лантановият оксид (от 5 до 40%) се използва за топене на оптично стъкло (лантаново стъкло), за производство на лещи и призми, използвани в кино и фотографско оборудване, както и за астрономически цели.

Производство на керамични електрически нагреватели

Лантановият хромит, легиран с калций, стронций, магнезий, се използва за производството на високотемпературни нагреватели за пещи (точка на топене Ї 2453 ° C, работна температура - около 1780 градуса в кислородна атмосфера). С повишаване на температурата електрическото съпротивление на лантановия хромит рязко намалява. Коефициентът на термично разширение на лантановия хромит е много нисък и това предопределя дълготрайността на електрическите нагреватели.

Високотемпературна свръхпроводимост

Лантановият оксид се използва за синтеза на високотемпературни свръхпроводници на базата на оксиди на лантан, итрий, барий, стронций, мед и др.

Металотермия

Понякога лантанът се използва в металотермията за редуциране на редки елементи.

Специални стъклени покрития

На базата на лантанови съединения се произвеждат покрития за прозоречно стъкло, които позволяват понижаване на температурата в помещението с 5-7 градуса.

Термоелектрически материали

Лантановият монотелурид има много висока термична едс (834 µV/K) и се използва в термоелектрически генератори с висока ефективност.

Производство на металхидридни водородни акумулатори

Лантановият никел хидрид се използва широко като хранилище за водород с голям капацитет (съхранение на водород от метален хидрид) за автомобили.

Ядрена енергия

Металният лантан с висока чистота е от абсолютно изключително значение в ядрената индустрия и по-специално в технологията за преработка на ядрено гориво с цел извличане на плутоний. Разтопен лантан се смесва с разтопен метален уран, който има метален плутоний като примес. Разтопеният лантан напълно извлича изотопите на плутония от по-голямата част от урана в сплав и плава над урана, без да се смесва с него. Получената сплав се отцежда и обработва по химична технология. Може да се твърди, че лантанът държи на своите "рамене" производството на ядрени оръжия.

електроника

През последните години интересът към лантановия молибдат, който има висока проводимост, се е увеличил значително.

електронна микроскопия

Използването на катоди LaB 6 (лантанов хексаборид) в електронни микроскопи направи възможно увеличаването на разделителната способност чрез увеличаване на плътността на тока с фактор 6 и едновременно с това увеличаване на живота на катода с фактор 5 (до 500 часа) в сравнение с волфрам катоди.

Химически източници на ток

Производството и изследванията в областта на батерии с твърд електролит представляват голям интерес за индустрията и електрониката. В тази област лантановият флуорид е станал много важен като електролит и с металния лантан като анод катодът обикновено е бисмут, оловен или меден флуорид. Привлекателната страна на такива източници на ток е много висока специфична консумация на енергия по отношение на обема, дълъг период на съхранение на енергия, здравина и издръжливост; в тази връзка много водещи експерти ги виждат като алтернатива на всички други видове батерии.

4. Биологична роля

лантанов хлорид метален химикал

В средата на 30-те години на миналия век съветският учен А. А. Дробков изследва ефекта на редкоземните метали върху различни растения. Той експериментира с грах, ряпа и други култури, въвежда редкоземни метали със или без бор, манган. Резултатите от експериментите казват, че редкоземните метали са необходими за нормалното развитие на растенията. Но измина четвърт век, преди тези елементи да станат относително достъпни. Окончателният отговор на въпроса за биологичната роля на лантана все още не е даден.

В медицината лантановият карбонат се използва при хиперфосфатемия като лекарство, което предотвратява усвояването на фосфат от храната.

Заключение

В резюмето си разгледах физичните и химичните свойства на лантана, както и къде се използва лантанът, в кои отрасли и в медицината.

Библиография

1. Арефиева "Екологична химия", 2006 г

2. Гелфман "Химия", 2004 г

3. Некрасов "Обща химия", 2007 г

4. Князев "Неорганична химия", 2004г

5. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B0%D0%BD%D1%82%D0%B0%D0%BD

Подобни документи

Семейство лантан и лантаниди, характеристики на техните физични и химични свойства. История на откритието, методи за получаване, приложение на лантан и неговите съединения. Структурата на електронните обвивки на атомите на лантан и лантаниди. Аномални валентности на лантанидите.

резюме, добавено на 18.01.2010 г

Природата на йонната проводимост в твърдите тела. Видове твърди оксидни електролити, тяхното използване в различни устройства. Структура и свойства на бисмутовия оксид, неговото съвместно химично утаяване с лантанов оксид. Анализ на синтезирания твърд електролит.

курсова работа, добавена на 12/06/2013

Металът барий и неговото разпространение в природата. Получаване на метален барий. Електролиза на бариев хлорид. Термично разлагане на хидрида. Химични и физични свойства. Приложение. Връзки (общи свойства). неорганични съединения.

Акриламид: физични и химични свойства, разтворимост. Приготвяне и определяне, токсичност на акриламид. Характеристики на използването на акриламид и производни. Приложение и производство на акриламидни полимери. Характеризиране на химичните свойства на полиакриламида.

курсова работа, добавена на 19.06.2010 г

Физични и химични свойства на 2-метилбутадиен-1,3. Анализ на видовете опасни ефекти, токсичност, клас на опасност. Приложение в индустрията. Производствени методи, химия и технология на процесите. Производство на изопрен на базата на изобутилен и формалдехид.

курсова работа, добавена на 09.03.2015 г

Елемент от основната подгрупа на втората група, четвъртия период от периодичната система на химичните елементи на Д. И. Менделеев. История и произход на името. Намиране на калций в природата. Физични и химични свойства. Използването на метален калций.

резюме, добавено на 12/01/2012

Физични свойства на водороден пероксид - безцветна прозрачна течност с лек особен мирис. Получаване на вещество в лабораторни и промишлени условия. Редуциращи и окислителни свойства на водородния прекис, неговите бактерицидни свойства.

презентация, добавена на 23.09.2014 г

Историята на откриването на стронций. Намиране в природата. Получаване на стронций по алуминотермичен метод и неговото съхранение. физични свойства. Механични свойства. Атомни характеристики. Химични свойства. Технологични свойства. Области на използване.

резюме, добавено на 30.09.2008 г

Физични и физико-химични свойства на феритите. Структура на нормален и обърнат шпинел. Преглед на метода на синтероване и горещо пресоване. Магнитни кристали с шестоъгълна структура. Използването на ферити в радиоелектрониката и компютърната техника.

курсова работа, добавена на 12.12.2016 г

Калциев хлорид: физични и химични свойства. приложение и суровини. Получаване на разтопен калциев хлорид от дестилаторна течност при производство на сода. Получаване на калциев хлорид и хидроксил хлорид от матерен разтвор. Безводен калций от солна киселина.

произход на името

Новият елемент, открит в церит и мозандерит, е наречен лантан по предложение на Берцелиус. Дадено е в чест на историята на откриването му и идва от друг гръцки език. λανθάνω - „Крия се“, „крия се“.

Да бъдеш сред природата

За повече информация по тази тема вижте: Редкоземни елементи.
Лантанът, заедно с церия и неодима, е един от най-често срещаните редкоземни елементи. Съдържанието на лантан в земната кора е около 2,9 10−3% от теглото, в морската вода - около 2,9 10−6 mg/l. Основните индустриални минерали на лантана са монацит, бастнесит, апатит и лопарит. Тези минерали включват и други редкоземни елементи.

Касова бележка

Получаването на лантан е свързано с разделянето на суровината на фракции. Лантанът се концентрира заедно с церий, празеодим и неодим. Първо, церият се отделя от сместа, след това останалите елементи се отделят чрез екстракция.

Физични свойства

Лантанът е лъскав сребристо-бял метал, в чисто състояние е пластичен и ковък. Слабо парамагнитен. Кристалната структура е плътно опакована, от най-близкия хексагонален тип опаковка.

Съществува в три кристални модификации: α-La с хексагонална решетка (a=0,3772 nm, c=1,2144 nm, z=4, пространствена група P63/ttc), β-La с кубична решетка от меден тип (a=0 .5296 nm, z=4, пространствена група Fm3m), γ-La с кубична обемно центрирана решетка от типа α-Fe (а=0.426 nm, z=2, пространствена група Im3m, стабилна до 920 °C) температури на преход α↔β 277 °C и β↔γ 861 °C. DH° на полиморфни преходи: α:β - 0,36 kJ/mol, β:γ - 3,12 kJ/mol. При преминаване от една модификация към друга плътността на лантана се променя: α-La има плътност 6,162-6,18 g / cm3, β-La - 6,19 g / cm3, γ-La - 5,97 g / cm3.

Сплави с цинк, магнезий, калций, талий, калай, олово, никел, кобалт, манган, живак, сребро, алуминий, мед и кадмий. С желязото лантанът образува пирофорна сплав.

лантан

ЛАНТАНОВА-а; м.Химичен елемент (La), редкоземен метал (използван като легираща добавка към алуминиеви сплави, компонент на оптични стъкла, в лазери).

◁ Lanthanum, th, th.

лантан

(лат. Lanthanum), химичен елемент от група III на периодичната система, принадлежи към редкоземните елементи. Име от гръцки. lanthánō - криене, поради трудности при получаването. Метал. Плътност 6,162 g / cm 3, T pl 920°C. Лантанът е в основата на геттерни сплави с никел, легираща добавка към алуминий и други сплави; LaCrO 3 - материал за високотемпературни електропроводими керамични изделия; La 2 O 3 - компонент на оптични стъкла; LaF 3 , La 2 O 3 - лазерни материали.

ЛАНТАНОВА

ЛАНТАН (лат. Lanthanum, от гръцки "lantano" - криещ се), La (чете се "лантан"), химичен елемент с атомен номер 57, атомна маса 138.9055. Естественият лантан се състои от два изотопа: 139 La (99,911%) и радиоактивен 138 La (-радиоактивен, период на полуразпад T 1/2 2.10 11 години). Конфигурация на два външни електронни слоя 5 с 2 стр 6 д 1 6s 2 . Степента на окисление е +3 (валентност III).
Намира се в група IIIB в 6-ти период на периодичната система. Заедно с неодим (см.неодимов)и церий (см.ЦЕРИЙ)е един от най-разпространените редкоземни елементи. Радиусът на атома е 0,187 nm, радиусът на йона La 3+ е от 0,117 (координационно число 6) до 0,150 nm (12). Енергии на последователна йонизация 5.577, 11.06, 19.18 eV. Електроотрицателност според Полинг (см.ПОЛИНГ Линус) 1,1.
История на откритията
Лантанът е открит през 1839 г. от шведския химик K. G. Mosander (см. MOSANDER Карл Густав)под формата на лантанов оксид La 2 O 3 при изследване на примеси, съдържащи се в цериеви съединения (см.ЦЕРИЙ).
Да бъдеш сред природата
Съдържанието на лантан в земната кора е 2,9·10 -3% (по маса). В природата заедно с други редкоземни елементи влиза в състава на минералите: монацит (см.МОНАЦИТ), бастензит, лопарит (см.ЛОПАРИТ)и апатит (см.АПАТИТ).
Касова бележка
Получаването на лантан е свързано с разделянето на суровината на фракции. Лантанът се концентрира заедно с церий, празеодим (см. PRASEODIM)и неодим. Първо, церият се отделя от сместа (като се използва способността му да образува стабилни съединения в степен на окисление +4), след това останалите елементи се разделят чрез йонна хроматография и методи на екстракция. За да се отдели от други лантаниди и редкоземни елементи, лантанът се утаява под формата на оксалат La 2 (C 2 O 4) 3 ·9H 2 O, чието калциниране води до образуването на La 2 O 3 . Металният лантан се получава чрез действието на калций върху LaCl3 (LaF3) или чрез електролиза на стопилка LaCl3 в присъствието на CaCI2 или BaCI2.
Физични и химични свойства
Лантанът е сребристобял метал.
До температура от 277 ° C, a-La с шестоъгълна решетка е стабилна, а= 0,3772 nm и с= 1,2144 nm. При температури от 277–861 ° C, b-La с кубична решетка тип Cu е стабилна. При температура 861–920 ° C g-La с кубична решетка от типа a-Fe е стабилен. Точката на кипене на лантана е 3447°C, плътността на a-La е 6,162 kg/dm 3 .
Във въздуха лантанът бързо се окислява до образуване на хидратиран оксикарбонат. При нагряване до 450°C в кислородна среда (см.КИСЛОРОД) La се запалва, образувайки основния оксид La 2 O 3 . При нагряване La реагира с N 2 за образуване на нитрид, с H 2 за образуване на хидриди с променлив състав. Реагира с халогени при нагряване (см.ХАЛОГЕНИ), сиво (см.сяра)и фосфор (см.ФОСФОР).
La (OH) 3 хидроксид се получава чрез действието на алкални разтвори върху водоразтворими лантанови соли.
Флуоридът, фосфатът, карбонатът, оксалатът и някои други лантанови соли са слабо разтворими във вода.
Приложение
Лантан - легираща добавка към алуминиеви, магнезиеви, никелови, кобалтови сплави, компонент на миш метал (см.МИШ-МЕТАЛ)използва се за подобряване на свойствата на устойчива на корозия, високоскоростна и топлоустойчива стомана. Интерметалното съединение LaNi 5 е обещаваща батерия. Оксисулфидът и алуминатът са компоненти на фосфора. Лантановият оксид се използва за производството на оптично стъкло.

енциклопедичен речник. 2009 .

Синоними:

Вижте какво е "лантан" в други речници:

- (лат., от гръцки lanthano да бъде скрит, скрит). Метал, открит през 1840 г. от Мозандер в церит. Речник на чуждите думи, включени в руския език. Chudinov A.N., 1910. LANTAN лат., от гръцки. lanthano, да бъда скрит, скрит. Метал, ..... Речник на чуждите думи на руския език

- (лат. Lanthanum) La, химичен елемент от група III на периодичната система, атомен номер 57, атомна маса 138.9055, принадлежи към редкоземните елементи. Наречен от гръцкото lanthano криещ се, поради трудността на получаване. Метал. Плътност ...... Голям енциклопедичен речник

- (символ La), сребристо-бял метален елемент от групата LANTHANIDLE, е открит за първи път през 1839 г. Основните руди, в които се съдържа, са монацити и бастнезити. Мек, ковък и вискозен, лантанът се използва като КАТАЛИЗАТОР при КРЕКИНГ ... ... Научно-технически енциклопедичен речник

- (Лантан), La, химичен елемент от III група на периодичната система, атомен номер 57, атомна маса 138.9055; се отнася до редкоземни елементи; метал. Открит от шведския химик К. Мозандер през 1839 г. ... Съвременна енциклопедия

Най-значимото нещо за елемент #57 несъмнено е, че той води в класацията на 14 лантанида - елементи с изключително сходни свойства. Лантана и лантанидите винаги са заедно: в минералите, според нашето разбиране, в метала. На Световното изложение в Париж през 1900 г. за първи път са демонстрирани проби от някои от предполагаемите чисти лантаниди. Но няма съмнение, че във всяка проба, независимо от етикета, имаше лантан, церий, неодим с празеодим и най-редките от лантанидите - тулий, холмий, лутеций. Най-редкият, с изключение на "изчезналия" и пресъздаден в ядрени реакции елемент No61 - прометий. Въпреки това, ако прометият имаше стабилни изотопи, той също щеше да присъства във всяка проба от всеки редкоземен елемент.

Едва през последните десетилетия развитието на науката и технологиите достигна ниво, при което човечеството успя да постави в своя услуга индивидуалните качества на всеки (или почти всеки) от лантанидите, въпреки че, както и преди, един от най-популярните и най-евтините редкоземни продукти остава мишметалът - "естествена сплав" от лантан и лантаниди ... Следователно би било логично да посветим само половината от тази история директно на елемент № 57, а другата половина на "екипа" на редкоземните елементи като дупка *. Разбира се, всеки от лантанидите - като химичен индивид - заслужава независима история; тук - за техния "лидер" и за общото за всички тях.

* В допълнение към лантана и лантанидите, редкоземните елементи включват скандий и итрий.

Лантан без лантаниди

Без значение колко тъжно е да разберем, героят на нашата история е съвсем обикновен човек. Това е обикновен метал на външен вид (сребристо-бял, покрит със сивкав оксиден филм) и по физични свойства: точка на топене 920, точка на кипене 3469 ° C; по отношение на якост, твърдост, електропроводимост и други характеристики металът лантан винаги завършва в средата на таблиците. Лантанът също е често срещан в химичните свойства. При сух въздух той не се променя - оксидният филм надеждно предпазва от окисляване в насипно състояние. Но ако въздухът е влажен (а при обикновени земни условия почти винаги е влажен), металът лантан постепенно се окислява до хидроксид. La(OH) 3 е основа със средна якост, което отново е типично за "среден" метал.

Какво друго може да се каже за химичните свойства на лантана? В кислорода, когато се нагрява до 450 ° C, той гори с ярък пламък (в този случай се отделя доста топлина). Ако се калцинира в азотна атмосфера, се образува черен нитрид. В хлора лантанът се запалва при стайна температура, докато реагира с бром и йод само при нагряване. Разтваря се добре в минерални киселини, не реагира с алкални разтвори. Във всички съединения лантанът проявява валентност 3+. С една дума, металът е като метал - както по физични свойства, така и по химични свойства.

Може би единствената отличителна черта на лантана е естеството на взаимодействието му с водорода. Реакцията между тях започва още при стайна температура и протича с отделяне на топлина. Образуват се хидриди с променлив състав, тъй като в същото време лантанът абсорбира водород - колкото по-интензивно, толкова по-висока е температурата.

Лантанидите също взаимодействат с водорода. Един от тях, церий, дори се използва като газов абсорбер в електровакуумната промишленост и в металургията.

Тук стигаме до една от важните части на нашия разказ, до темата "Лантан и церий", а във връзка с нея - и до историята на лантана.

По отношение на разпространението в природата, по отношение на производствения мащаб и по отношение на широчината на употреба, лантанът отстъпва на най-близкия си аналог, първият от лантанидите. "Прародител" и - завинаги вторият, такова е положението на лантана в семейството му. И когато редкоземните елементи бяха разделени на две подгрупи според комбинацията от свойства, лантанът беше причислен към подгрупа, чието име беше дадено в чест на церий ... И лантанът беше открит след церий, като добавка към церий, в минералът церит. Това е историята, историята на учители и ученици.

През 1803 г. 24-годишният шведски химик Джене Якоб Берцелиус, заедно със своя учител Хизингер, изследват минерала, известен днес като церит. Този минерал е открит от Гадолин през 1794 г., итриева земя и друга рядка земя, много подобна на итрий. Нарекоха го церий. Почти едновременно с Берцелиус известният немски химик Мартин Клапрот открива цериевата пръст.

Берцелиус се върнал да работи с това вещество много години по-късно, вече като изтъкнат учен. През 1826 г. Карл Мозандер, студент, асистент и един от близките приятели на Берцелиус, изследва цериевата земя и заключава, че тя е хетерогенна, че освен церий съдържа още един, а може би повече от един нов елемент. Но за да се провери това предположение, беше необходим много керит. Мозандер успява да докаже сложността на цериевата пръст едва през 1839 г.

Интересното е, че една година по-рано ученикът Ердман, неизвестен сред химиците, открива нов минерал в Норвегия и го назовава на своя учител Мозандер - мозандерит. Две редкоземни елементи, церий и нова, също бяха изолирани от този минерал.

Новият елемент, открит в церит и мозандерит, е наречен лантан по предложение на Берцелиус. Името с намек: идва от гръцкото λανθανειν - скривам, забравям. Съдържащият се в церит лантан е бил успешно скрит от химиците цели 36 години!

Дълго време се смяташе, че лантанът е двувалентен, че е аналог на калция и други алкалоземни метали, а атомното му тегло е 90...94. Нямаше съмнение относно правилността на тези цифри до 1869 г. Менделеев видя, че няма място за редкоземни елементи в група II на периодичната система и ги постави в група III, приписвайки атомно тегло 138 ... 139 на лантана. Но легитимността на подобен ход все още трябваше да бъде доказана. Менделеев предприел изследване на топлинния капацитет на лантана. Получената от него стойност директно показва, че този елемент трябва да е тривалентен ...

Металният лантан, разбира се, далеч от чистотата, е получен за първи път от Мозандер чрез нагряване на лантанов хлорид с калий.

В наши дни в индустриален мащаб лантанът се получава с чистота над 99%. Ще проследим как става това, но първо ще се запознаем с основните минерали на лантана и първите етапи на най-сложния процес на отделяне на редкоземни елементи.

Вече беше споменато, че в минералите лантанът и лантанидите неизменно се придружават един друг. Има селективни минерали, в които делът на един или друг редкоземен елемент е по-голям от обикновено. Но няма чисто лантанови или чисто цериеви минерали, да не говорим за други лантаниди. Пример за селективен лантанов минерал е давидитът, в който до 8,3% La 2 O 3 и само 1,3% цериев оксид. Но лантанът се получава главно от монацит и бастнесит, както и от церий и всички други елементи от подгрупата на церия.

Монацитът е тежък, лъскав минерал, обикновено жълто-кафяв, но понякога с други цветове, тъй като не се различава в постоянството на състава си. Най-точно неговият състав се описва с такава странна формула: (REE)PO 4 . Това означава, че монацитът е фосфат на редкоземни елементи (REE). Обикновено монацитът съдържа 50...68% REE оксиди и 22...31,5% P 2 O 5 . Освен това съдържа до 7% циркониев диоксид, 10% (средно) ториев диоксид и 0,1 ... 0,3% уран. Тези цифри ясно показват защо пътищата на редкоземните и ядрените индустрии са толкова тясно преплетени.

Смес от редкоземни метали - мишметал - и смес от техните оксиди започнаха да се използват в края на миналия век, а в началото на този век беше демонстриран изключителен пример за международна кражба във връзка с тях. Германските кораби, които доставяха товари в Бразилия, на връщане на връщане, напълниха трюмовете си с пясък от плажовете на атлантическото крайбрежие на тази страна и от определени места. Капитаните твърдят, че пясъкът е само баласт, необходим, за да направи кораба по-стабилен. В действителност, изпълнявайки поръчките на германските индустриалци, те откраднаха ценни минерални суровини - крайбрежните пясъци на щата Еспирито Санто, богати на монацит ...

Монацитните разсипи са разпространени по бреговете на реки, езера и морета на всички континенти. В началото на века (данни за 1909 г.) 92% от световното производство на редкоземни суровини и предимно монацит се пада на Бразилия. Десет години по-късно центърът на тежестта се е изместил на хиляди километри на изток (или на запад, в зависимост от това как броите) - в Индия. След 1950 г., във връзка с развитието на ядрената индустрия, САЩ стават хегемон сред капиталистическите страни в добива и преработката на редкоземни суровини.

Разбира се, нашата страна и други страни от социалистическата общност трябваше да развият собствена индустрия за редкоземни метали и да намерят свои собствени суровини.

Нека проследим в общи линии пътя от монацитовия пясък до лантана.

Въпреки че пясъкът се нарича монацит, в него няма много монацит - част от процента. Например в добре познатите монацитни разсипи в Айдахо (САЩ) един тон пясък съдържа само 330 g монацит. Следователно, на първо място, се получава монацитов концентрат.

Първият етап на концентрация се извършва вече на драга. Плътността на монацита е 4,9 ... 5,3, а обикновеният пясък - средно 2,7 g / cm 3. При такава разлика в теглото гравитационното разделяне не е трудно. Но освен монацит, в същите пясъци има и други тежки минерали. Следователно, за да се получи монацитов концентрат с чистота 92...96%, се използва комплекс от гравитационни, магнитни и електростатични методи за обогатяване. В резултат на това по пътя се получават илменит, рутил, циркон и други ценни концентрати.

Като всеки минерал, монацитът трябва да се "отвори". Най-често монацитовият концентрат се третира за това с концентрирана сярна киселина *. Получените сулфати на редкоземни елементи и торий се излугват с обикновена вода. След като преминат в разтвор, силициевият диоксид и част от циркона, които не са се отделили в предишните етапи, остават в утайката.

* Алкалният метод за отваряне на монацит също е често срещан.

На следващия етап на разделяне се извлича краткотраен мезоторий (радий-228), а след това самият торий, понякога заедно с церий, понякога отделно. Разделянето на церий от лантан и смес от лантаниди не е особено трудно: за разлика от тях, той може да проявява 4+ валентност и да се утаи под формата на Ce(OH) 4 хидроксид, докато неговите тривалентни аналози остават в разтвора . Отбелязваме само, че операцията по отделяне на церий, както и предишните, се извършва многократно - за да се „изцеди“ възможно най-пълно скъпият редкоземен концентрат.

След като се изолира церий, разтворът съдържа най-много лантан (под формата на La(NO 3) 3 нитрат, тъй като в един от междинните етапи сярната киселина е заменена с азотна киселина, за да се улесни по-нататъшното отделяне). От този разтвор лантанът се получава чрез добавяне на амоняк, амониеви и кадмиеви нитрати. В присъствието на Cd(NO 3) 2 отделянето е по-пълно. С помощта на тези вещества всички лантаниди преминават в утайката, докато във филтрата остават само кадмий и лантан. Кадмият се утаява със сероводород, утайката се отделя и разтворът на лантанов нитрат се пречиства още няколко пъти чрез фракционна кристализация от лантанидни примеси.

В крайна сметка обикновено се получава лантанов хлорид LaCl3. Електролизата на разтопен хлорид дава лантан с чистота до 99,5%. Още по-чист лантан (99,79% и повече) се получава чрез калциев термичен метод. Това е класическата традиционна технология.

Както можете да видите, получаването на елементарен лантан е сложен въпрос.

Отделянето на лантанидите - от празеодим до лутеций - изисква още повече усилия и пари, и време, разбира се. Ето защо през последните десетилетия химици и технолози в много страни по света се стремят да създадат нови, по-модерни методи за разделяне на тези елементи. Такива методи - екстракция и йонообмен - бяха създадени и въведени в индустрията. Още в началото на 60-те години на миналия век инсталации, работещи на принципа на йонообмен, постигнаха 95% добив на редкоземни продукти с чистота до 99,9%.

До 1965 г. външнотърговските организации на нашата страна могат да предложат на купувачите всички лантаниди под формата на метали с чистота над 99%. В допълнение към прометия, разбира се, въпреки че радиоактивните препарати на този елемент - продуктите от ядрения разпад на урана - също станаха доста достъпни.

Каталозите на Техснабекспорт също включват около 300 химически чисти и изключително чисти съединения на лантана и лантанидите. Това е доказателство за високото ниво на развитие на съветската редкоземна индустрия.

Но обратно към лантана.

Накратко за употребата на лантан и неговите съединения

Чистият лантан почти никога не се използва като легиращ метал, като за това се използва по-евтин и по-достъпен церий или мишметал - легиращият ефект на лантана и лантанидите е почти еднакъв.

По-горе беше споменато, че понякога лантанът се извлича от смес чрез екстракция, като се използва различната разтворимост на някои (предимно сложни) съединения на редкоземни елементи в органични разтворители. Но се случва самият елемент № 57 да се използва като екстрагент. Разтопеният лантан се използва за извличане на плутоний от течен уран. Ето още една допирна точка между ядрената и редкоземната индустрия.

Лантановият оксид La 2 O 3 се използва много по-широко. Този бял аморфен прах, неразтворим във вода, но разтворим в киселини, се превърна във важен компонент на оптичните стъкла. Фотообективите на известната компания Kodak съдържат от 20 до 40% La 2 O 3 . Благодарение на добавянето на лантан беше възможно да се намали размерът на обектива при същата бленда и значително да се подобри качеството на цветното заснемане. Известно е, че по време на Втората световна война лантановите стъкла са били използвани в полеви оптични инструменти. Най-добрите домашни фотографски лещи, например Industar-61LZ, също са направени от лантаново стъкло, а една от най-добрите ни любителски филмови камери се нарича Lanthanum ... Напоследък лантановото стъкло се използва и за направата на лабораторни стъклени съдове. Лантановият оксид придава на стъклото не само ценни оптични свойства, но и по-голяма устойчивост на топлина и киселина.

Това може би е всичко, което може да се каже за лантана без лантаниди, въпреки че на някои места беше невъзможно да не се отклони от принципа „без“ ...

Лантан и неговия екип

Сравняването на лантан и лантаниди със спортен екип може да изглежда пресилено за някои. Това сравнение обаче не е по-бунтовно от такива добре известни определения като „семейството на лантанидите“ или „химическите близнаци“. Съдете сами: лантанът и неговият екип имат една униформа (сребристо-бяла) и, като хокеистите, всички имат защитни боеприпаси (от оксидни филми). Всички те са освободени от природата приблизително еднакво (приликата е изключително голяма), но, както и в спорта, по различни причини „способностите“ се реализират в различна степен: някои „играят“ по-добре, други по-лошо ... И на Разбира се, всеки член на това командва своите любими "финтове" и "трикове" - феромагнетизма на гадолиния, например.

А по отношение на химичните свойства лантанидите все още не са близнаци - иначе не би било възможно да ги разделим. Като в добър спортен отбор, те са обединени в основното и индивидуално в частност. Що се отнася до броя на участниците, броят на играчите в различните игри е различен, 14 е в рамките на нормалното...

Вярно, имаше време, когато почти петдесет кандидати бяха препоръчани на този „екип“. Броят на откритите лантаноподобни елементи нараства с катастрофална скорост. В съставен от професор N.A. Списъкът на Фигуров с фалшиво открити елементи съдържа най-много фалшиви лантаниди. Дори големите учени не избягваха грешките - Мозандер, Льокок дьо Боабодран, Ауер фон Велсбах, Крукс, Урбен.

Непериодичността на свойствата на лантана и неговия екип, излизащи от строгата последователност на периодичната система, създава проблеми на Менделеев. Но с течение на времето всичко беше решено. Професорът от Пражкия университет Бохуслав Францевич Браунер пръв предложи да се премахнат лантанидите от основната част на таблицата.

„Трябва да си такъв експерт по „редкоземни елементи“ като B.F. Браунер, за да разберем тази сложна, трудна и все още едва ли някаква пълна тема, в която проверката е трудна не само от оригиналността и сходството на много първоначални отношения, но и от трудностите при получаването на самия естествен материал ”, пише Менделеев в 1902 г.

„Що се отнася до систематиката на редкоземните елементи и тяхното място в периодичната таблица, вече е безопасно да се предположи, че скандий, итрий и лантан са в четните редове на група III, както следва от техните атомни тегла и обем на техните оксиди ... Други елементи от редкоземните елементи вероятно образуват интерпериодична група или възел в системата, където те следват един друг по отношение на атомните тегла. Това са думи на Браунер от статията „Елементи на редките земи“, написана за предпоследното (1903 г.) доживотно издание на „Основи на химията“ на Менделеев.

Най-накрая беше възможно да се разплете „възелът в системата“ едва след като за основа на периодичната таблица беше взет нов, физически по-точен критерий, зарядът на атомното ядро. Тогава стана ясно, че между лантан и тантал могат да се поберат само 15 елемента, като последният трябва да е аналог на циркония. Този елемент, хафний, е открит от Костър и Хевоси през 1923 г.

Последният (по атомен номер) лантанид, лутеций, е открит по-рано, през 1907 г.

Естествено е да търсим причините за общите свойства на лантана и лантанидите в структурата на електронните обвивки на техните атоми.

Според законите на квантовата механика електроните могат да се въртят около ядрото не в някакви орбити. Изглежда, че са разпределени върху слоеве - черупки. Капацитетът на тези черупки, максималният брой електрони в тях, се определя от формулата не = 2н 2, където нее броят на електроните, a не номерът на черупката, като се брои от ядрото. От това следва, че първата обвивка може да има само два електрона, втората - осем, третата - осемнадесет, четвъртата - тридесет и два и т.н.

Още в четвъртия период на периодичната таблица, започвайки със скандий, „следващите“ електрони не попадат във външния четвърти слой, а в предишния. Ето защо разликата в свойствата на елементите с атомни номера от 12 до 30 не е толкова рязка, колкото тази на по-леките елементи. Подобна картина се наблюдава и в петия период. И тук, започвайки от итрий, нови електрони запълват не петата, а предпоследната, четвърта обвивка - образува се друга серия от така наречените преходни метали.

Ориз. 3.Крива на атомните обеми на редкоземни елементи. Той има два максимума, образувани от елементи, проявяващи валентност 2+; за разлика от тях, елементите, които могат да бъдат четиривалентни, имат минимални атомни обеми

Прехвърляйки тази аналогия към шестия период, би било логично да предположим, че като се започне от лантана (той е аналог на скандий и итрий), същото ще се случи и тук. Електроните обаче, пренебрегвайки нашата логика, запълват тук не предпоследната, а третата обвивка отвън, тъй като върху нея има свободни места. Според формулата не = 2н 2, на тази обвивка - четвъртата от ядрото - може да има 32 електрона. Това е мястото, където, с редки изключения, попадат "новите" електрони на следващите лантаниди. И тъй като химичните свойства на даден елемент се определят предимно от структурата на външните електронни обвивки, свойствата на лантанидите се оказват дори по-близки от тези на преходните метали.

Както подобава на елементи от група III, лантанидите обикновено са тривалентни. Но някои от тях могат да проявяват и друга валентност: церий, празеодим и тербий - 4+; самарий, европий и итербий - 2+.

Аномалните валентности на лантанидите са изследвани и обяснени от немския химик Вилхелм Клем. От рентгеновите спектри той определя основните параметри на техните кристали и атомни обеми. Кривата на атомния обем ясно показва максимумите (европий, итербий) и по-малко рязко минимумите (церий, тербий). Празеодимът и самарият също изпадат, макар и не толкова, от серията, определена от плавно падащата крива. Следователно първият "гравитира" към малообемния церий и тербий, а вторият - към големия европий и итербий. Елементите с по-големи атомни обеми задържат електроните по-здраво и следователно са само три- или дори двувалентни. В атомите с "малък обем", напротив, един от "вътрешните" електрони не е плътно затворен в обвивката - следователно атомите на церий, празеодим и тербий могат да бъдат четиривалентни.

В трудовете на Клемм е дадено и физическо оправдание за отдавна установеното разделение на редкоземните елементи на две подгрупи - церий и итрий. Първият включва лантан и лантаниди от церий до гадолиний, вторият включва итрий и лантаниди от тербий до лутеций. Разликата между елементите от тези две групи е посоката на спиновете на електроните, които запълват основната четвърта обвивка за лантанидите.

Спинове - собствени моменти на импулс на електроните - за първите имат същия знак; в последния половината от електроните имат спинове от единия знак, а половината от другия.

Но стига за аномалиите, които могат да се обяснят само с помощта на квантовата механика – да се върнем към закономерностите.

Що се отнася до лантанидите, моделите също понякога изглеждат нелогични. Пример за това е свиването на лантаноидите.

Компресията на лантанидите е името, дадено на естественото намаляване на размера на тривалентния йон на редкоземните елементи, открит от норвежкия геохимик Голдшмид, от лантан до лутеций, открит от норвежкия геохимик. Изглежда, че всичко трябва да е обратното: в ядрото на атома на церия има още един протон, отколкото в ядрото на атома на лантана; ядрото на празеодима е по-голямо от ядрото на церия и т.н. Съответно броят на електроните, въртящи се около ядрото, също се увеличава. И ако си представим атом, както обикновено се рисува на диаграми - под формата на малък диск, заобиколен от удължени орбити на невидими електрони, орбити с различни размери, тогава, очевидно, печалбата от електрони трябва да увеличи размера на атома като дупка. Или, ако изхвърлим външните електрони, чийто брой може да не е същият, същата закономерност трябва да се наблюдава в размерите на тривалентните йони на лантана и неговия екип.

Истинското състояние на нещата е илюстрирано от диаграмата на компресията на лантаноидите. Радиусът на тривалентния лантанов йон е 1,22 Å, а същият лутециев йон е само 0,99 Å. Всичко не е логично, а точно обратното. Въпреки това не е трудно да се стигне до дъното на физическия смисъл на явлението компресия на лантанидите дори без квантова механика, достатъчно е само да се припомнят основните закони на електромагнетизма.

Зарядът на ядрото и броят на електроните около него нарастват паралелно. Силата на привличане между противоположните заряди също нараства; по-тежкото ядро привлича по-силно електрони, скъсява техните орбити. И тъй като дълбоките орбити в атомите на лантаноидите са най-наситени с електрони, електрическото привличане има още по-силен ефект.

Близостта на йонните радиуси и сходството на химичните свойства са основните причини за съвместното присъствие на лантанидите в минералите.

Относно редкоземните минерали

Основният от тях - монацитът - е описан по-горе. Вторият по важност редкоземен минерал, бастнезитът, е подобен в много отношения. Бастнеситът също е тежък, също лъскав, също непостоянен на цвят (най-често светложълт). Но химически той е свързан с монацита само чрез високото съдържание на лантан и лантаниди. Ако монацитът е фосфат, тогава бастнезитът е флуорокарбонат на редки земи, неговият състав обикновено се записва, както следва: (La, Ce)FCO 3 . Но, както често се случва, минералната формула не отразява напълно неговия състав. В този случай се посочват само основните компоненти: в bastnäsite 36,9 ... 40,5% цериев оксид и почти същите (общо) оксиди на лантан, празеодим и неодим. Но, разбира се, съдържа и други лантаниди.

В допълнение към бастнезита и монацита, практически се използват още няколко редкоземни минерала, макар и в ограничена степен, по-специално гадолинит, в който има до 32% REE оксиди от подгрупата на церия и 22 ... 50% итрий. В някои страни редкоземните метали се извличат при сложната обработка на лопарит и апатит.

Ориз. четири.Относително съдържание на лантаниди в земната кора. Модел: Четните числа са по-често срещани от нечетните

Общо са известни около 70 редкоземни минерала и още около 200 минерала, в които тези елементи са включени като примеси. Това показва, че "редките" земни елементи изобщо не са толкова редки и това старо общоприето наименование за скандий, итрий и лантан с лантанидни не е нищо повече от почит към миналото. Те не са рядкост - в земята има повече церий, отколкото олово, а най-редките от редкоземните елементи са много по-разпространени в земната кора от живака. Всичко се дължи на дисперсията на тези елементи и трудността да се отделят един от друг. Но, разбира се, лантанидите не са еднакво разпространени в природата. Елементите с четни атомни номера са много по-често срещани от техните странни съседи. Това обстоятелство, разбира се, влияе върху мащаба на производството и цените на редкоземните метали. Най-недостъпните лантаниди - тербий, тулий, лутеций (имайте предвид, че всички те са лантаниди с нечетни атомни номера) - са по-скъпи от златото и платината. А цената на церий с чистота над 99% е само 55 рубли на килограм (данни от 1970 г.). За сравнение посочваме, че килограм мишметал струва 6 ... 7 рубли, а фероцерий (10% желязо, 90% редкоземни елементи, главно церий) - само пет. Мащабът на използване на редкоземни елементи по правило е пропорционален на цените...

Лантанидите на практика

През есента на 1970 г. Научният съвет на Института по минералогия, геохимия и кристалохимия на редките елементи към Академията на науките на СССР се събра на разширено заседание с доста необичаен дневен ред. Възможностите на редкоземните елементи бяха обсъдени "в светлината на проблемите на селското стопанство".

Въпросът за влиянието на тези елементи върху живите организми не е възникнал случайно. От една страна, известно е, че редкоземните елементи често се включват като примеси в състава на най-важните за агрохимията минерали - фосфорити и апатити. От друга страна са идентифицирани растения, които могат да служат като биохимични индикатори на лантана и неговите аналози. Така например в пепелта от листата на южния орех хикори, до 2,5% редкоземни елементи. Повишена концентрация на тези елементи е установена и в захарното цвекло и лупината. Съдържанието на редкоземни елементи в почвата на тундрата достига почти 0,5%.

Малко вероятно е тези общи елементи да не влияят на развитието на растенията и евентуално на организмите на други стъпала на еволюционната стълба. Още в средата на 30-те години на миналия век съветският учен А.А. Дробков изследва ефекта на редките земи върху различни растения. Той експериментира с грах, ряпа и други култури, въвежда редкоземни елементи със или без бор, манган. Резултатите от експериментите казват, че редкоземните елементи са необходими за нормалното развитие на растенията ... Но измина четвърт век, преди тези елементи да станат относително достъпни. Окончателният отговор на въпроса за биологичната роля на лантана и неговия екип все още не е даден.

В този смисъл металурзите значително изпревариха агрохимиците. Едно от най-значимите събития от последните десетилетия в производството на желязо и стомана е свързано с Лантан и неговия екип.

Ковък чугун обикновено се получава чрез модифицирането му с магнезий. Физическото значение на тази добавка ще стане ясно, ако си спомним, че в чугуна има 2 ... 4,5% въглерод под формата на люспест графит, което придава на чугуна основния технически недостатък - крехкостта. Добавянето на магнезий кара графита да се промени в сферична или кълбовидна форма, по-равномерно разпределена в метала. В резултат структурата значително се подобрява, а с това и механичните свойства на чугуна. Легирането на чугун с магнезий обаче изисква допълнителни разходи: реакцията е много бурна, разтопеният метал се пръска във всички посоки и затова беше необходимо да се изградят специални камери за този процес.

Редкоземните метали действат върху чугуна по подобен начин: те „премахват“ оксидните примеси, свързват и отстраняват сярата и допринасят за прехода на графита към кълбовидна форма. И в същото време те не изискват специални камери - реакцията протича спокойно. А резултатът?

Само 4 kg (0,4%) фероцерий-магнезиева сплав се въвеждат на тон чугун, а здравината на чугуна се удвоява! Такъв чугун в много случаи може да се използва вместо стомана, по-специално при производството на колянови валове. Не само това, ковкият чугун е с 20...25% по-евтин от стоманените отливки и 3...4 пъти по-евтин от стоманените изковки. Устойчивостта на абразия на чугунените валове се оказа 2-3 пъти по-висока от тази на стоманените. Колянови валове от ковък чугун вече се използват в дизелови локомотиви и други тежки машини.

Редкоземни елементи (под формата на мишметал и фероцерий) също се добавят към стомана от различни степени. Във всички случаи тази добавка действа като силен дезоксидант, отличен дегазатор и десулфуризатор. В някои случаи редкоземните елементи са легирани ... легирана стомана. Никел-хромните стомани са трудни за валцуване - само 0,03% мишметал, въведен в такава стомана, значително увеличава нейната пластичност. Това улеснява валцоването, производството на изковки и рязането на метал.

Редкоземните елементи също се въвеждат в състава на леките сплави. Известна е, например, топлоустойчива алуминиева сплав с 11% мишметал. Добавките от лантан, церий, неодим и празеодим позволиха да се повиши точката на омекване на магнезиевите сплави повече от три пъти и в същото време да се увеличи тяхната устойчивост на корозия. След това магнезиевите сплави с редкоземни елементи започват да се използват за производството на части за свръхзвукови самолети и черупки за изкуствени спътници на Земята.

Редкоземните добавки подобряват свойствата на други важни метали - мед, хром, ванадий, титан ... Не е изненадващо, че металурзите използват редкоземни метали все повече и повече всяка година.

Лантанът и неговите аналози са намерили приложение и в други области на съвременните технологии. В химическата и петролната промишленост те (и техните съединения) действат като ефективни катализатори, в стъкларската промишленост като багрила и като вещества, които придават специфични свойства на стъклото. Използването на лантаниди в ядреното инженерство и свързаните с него индустрии е разнообразно. Но повече за това по-късно, в разделите, посветени на всеки от лантанидите. Само ще посочим, че дори изкуствено създаденият прометий е намерил приложение: енергията на разпад на прометий-147 се използва в атомни електрически батерии. С една дума, времето на безработицата на редкоземните елементи приключи отдавна и безвъзвратно.

Не бива обаче да се приема, че всички проблеми, свързани с „възела“ в периодичната таблица, вече са решени. Днес думите на Дмитрий Иванович Менделеев за „редкоземните елементи“ са особено актуални: „През последните години тук се натрупаха много нови неща“ ... Но само любителите могат да смятат, че всичко и всичко е известно, че редките земната тема се е изчерпала. Експертите, напротив, са сигурни, че познаването на лантана и неговия екип едва започва, че тези елементи ще изненадат научния свят повече от веднъж. И може би не само научна.

реакторна отрова

Естественият лантан се състои от два изотопа с масови числа 138 и 139, като първият (частта му е само 0,089%) е радиоактивен. Той се разпада чрез K-улавяне с полуживот от 3,2·10 11 години. Изотопът лантан-139 е стабилен. Между другото, той се образува в ядрени реактори по време на разпадането на урана (6,3% от масата на всички фрагменти). Този изотоп се счита за реакторна отрова, тъй като улавя топлинните неутрони доста активно, което също е характерно за лантанидите. От изкуствените изотопи на лантана най-интересен е лантан-140 с период на полуразпад 40,22 часа. Този изотоп се използва като радиоактивен индикатор при изследване на процесите на разделяне на лантан и лантаниди.

Кое от трите?

Елементите, следващи лантана, се наричат редкоземни елементи, или лантаниди, или лантаниди. Кое от тези имена е най-подходящо? Терминът "редкоземни елементи" се появява през 18 век. Сега се приписва на оксидите на скандий, итрий, лантан и неговите аналози; първоначално терминът е имал по-широко значение. „Земи“ обикновено се наричат всички огнеупорни оксиди на метали. По отношение на елементите с атомни номера от 57 до 71 това е вярно: точката на топене на La 2 O 3 е около 2600°C. В чист вид много от тези "земи" са редки и до днес. Но няма нужда да говорим за рядкостта на редкоземните елементи в земната кора ...

Терминът "лантаниди" е въведен, за да покаже, че следващите четиринадесет елемента идват след лантана. Но тогава, с еднакъв успех, флуорът може да се нарече оксигенид (или оксид) - той също следва кислород, а хлорът - сулфид ... Но химията отдавна е инвестирала в понятията "сулфид", "фосфид", "хидрид", хлорид и т.н. различно значение. Поради това терминът "лантаниди" се счита за неудачен от повечето учени и се използва все по-рядко.

"Лантаниди" - по-оправдано. Окончанието "oid" показва сходство. „Лантаниди“ означава „подобен на лантан“. Очевидно този термин трябва да се използва за обозначаване на 14 елемента - аналози на лантана.

"Нова история"

В историята на лантана и лантанидите могат да се разграничат два периода от време, особено богати на открития и спорове. Първият от тях датира от края на 19 век, когато лантанидите се откриват и „затварят“ толкова често, че накрая дори не става интересно ... Вторият бурен период е 50-те години на 20 век, когато развитието на ядрената технология помогна за получаването на големи количества редкоземни суровини и стимулира нови изследвания в тази област. Тогава имаше тенденция да се получават и използват редкоземни елементи не в смес, а всеки поотделно, използвайки техните специфични свойства. Не е случайно, че за 15 години (от 1944 до 1958 г.) броят на научните публикации, посветени на лантанидите, се е увеличил 7,6 пъти, а за някои отделни елементи дори повече: за холмий, например, с 24, а за тулий с 45 пъти. !

Маскиран като нишесте

Едно от съединенията на лантана, неговият основен ацетат, се държи като нишесте, когато към него се добави йод. Белият гел придобива ярко син цвят. Анализаторите понякога използват това свойство, за да открият лантан в смеси и разтвори.

Двувалентен само формално

Установено е, че във всички съединения лантанът проявява еднаква валентност - 3+. Но как тогава да обясним съществуването на сиво-черния дихидрид LaH 2 и жълтия сулфид LaS? Установено е, че LaH 2 е относително стабилен междинен продукт на реакцията на образуване на LaH 3 и че лантанът е тривалентен и в двата хидрида. Молекулата на дихидрида съдържа La-La метална връзка. Със сулфида всичко се обяснява още по-просто. Това вещество има висока електропроводимост, което предполага наличието на La 3+ йони и свободни електрони в него. Между другото, LaH 2 също провежда добре ток, докато LaH 3 е полупроводник.

Дял: