Лантаноиды
Страница 2

Ограниченная возможность возбуждения 4f-электронов определяет сходство химических свойств лантаноидов в одинаковых степенях окисления. Основные изменения в свойствах лантаноидов являются следствием f-сжатия, то есть уменьшения эффективных радиусов атомов и ионов с увеличением порядкового номера.

В свободном состоянии лантаноиды – весьма активные металлы. В ряду напряжений они находятся значительно левее водорода (электродные потенциалы лантаноидов составляют около –2,4 В). Поэтому все лантаноиды взаимодействуют с водой с выделением водорода:

height=24 src=

   

Соединения лантаноидов со степенью окисления IV проявляют окислительные свойства (Ce, Tb):

  height=24 src=  

а соединения со степенью окисления II (Eu, Sm, Yb) – восстановительные, причем окисляются даже водой:

  height=24 src=  

height=600 src=

Рисунок 8.15

Вторичная периодичность металлических радиусов, температур плавления, степеней окисления, магнитных моментов и окраски лантаноидов

Лантаноиды очень реакционноспособны и легко взаимодействуют со многими элементами периодической системы: в кислороде сгорают при 200–400 °С с образованием Э2O3, а в атмосфере азота при 750–1000 °С образуют нитриды. Церий в порошкообразном состоянии легко воспламеняется на воздухе, поэтому его используют при изготовлении кремней для зажигалок. Лантаноиды взаимодействуют с галогенами, серой, углеродом, кремнием и фосфором. Химическая активность элементов в ряду Ce–Lu несколько уменьшается из-за уменьшения их радиусов. С водородом лантаноиды образуют солеобразные гидриды ЭH2 и ЭH3, которые по свойствам более близки к гидридам щелочно-земельных металлов, чем к гидридам d-элементов. С кислородом все лантаноиды образуют оксиды типа Э2O3, являющиеся химически и термически устойчивыми; так, La2O3 плавится при температуре 2000 °С, а CeO2 – около 2500 °С. Самарий, европий и иттербий, кроме оксидов Э2O3, образуют также монооксиды EuO, SmO, YbO. Церий легко образует оксид CeO2. Оксиды лантаноидов в воде нерастворимы, но энергично ее присоединяют с образованием гидроксидов:

height=24 src=

   

Гидроксиды лантаноидов по силе уступают лишь гидроксидам щелочно-земельных металлов. Лантаноидное сжатие приводит к уменьшению ионности связи Э–ОН и уменьшению основности в ряду Ce(OH)3 – Lu(OH)3.

Лантаноиды используют в металлургии для легирования сталей, что повышает прочность, жаростойкость и коррозийную устойчивость последних. Такие стали применяют для изготовления деталей сверхзвуковых самолетов и оболочек искусственных спутников Земли.

Добавление оксида лантана в стекла повышает их показатель преломления (так называемая лантаноидная оптика). Радиационно-оптическую устойчивость стекол повышает CeO2. Стекла с неодимом используются в оптических квантовых генераторах. Оксиды гадолиния, самария и европия входят в состав защитных керамических покрытий от тепловых нейтронов в ядерных реакторах. Соединения лантаноидов используются в качестве катализаторов. Способность их соединяться с атмосферными газами используется для создания высокого вакуума.

Страницы: 1 2 

Смотрите также

Реакторы идеального вытеснения
Вариант № 14 реактор газовый поток вытеснение В Р.И.В. Проводят окисление SO2. Объем реакционной зоны 150 м2. Объемный расход смеси 50000 м3/г. Состав исходной смеси SO2 – 0,1; O2 – 0, ...

Определение молярной массы диоксида углерода.
Цель работы - нахождение молярной  массы диоксида углерода по плотности газа на основе уравнения Менделеева Клапейрона. Молярная масса - это масса одного моля вещества.  Моль любого газообразног ...

Химические свойства ароматических аминов
Ароматические амины имеют менее выраженный основный характер, чем алифатические. Так, Кb метиламина составляет 4,4×10-5, тогда как для анилина Кb=3,8×10-10. Уменьшение основности анилина ...