Скандий, иттрий, лантаноидтар және актиноидтар
Оңтүстік Қазақстан обылысы
Шардара ауданы
№ 16 колледж
Орындаған: Тұ-43 топ студенті Елубай Гулмира Мұхтарқызы
Жетекшісі: Айтенова Нұргул Ыдырысқызы
Периодтық жүйенің үшінші тобында, алтыншы топшада “сирек және элементтер”(лантаноидтар) орналасады. Сирек және элементтерге – лантаннан (57) лютецийге (71) дейін 14 элемент жатады.
Бұл элементтер иттрийдің (V период) және скандийдің (IVпериод) аналогтары, сонтықтан кейде скандий топшасының элементтері деп аталады.
Скандийдің 1879 жылы Нильсен ашты (Швеция, Скандинавия), бұл элементті Д.И.Менделеев 1869 жылы болжап айтты, оны “эка-бор” деп атады.
Элементтер электрондық құрылысына байланысты тұрақты үш валентті.
Элементтердің химиялық қасиеттері бір-біріне өте жақын. Бұл қасиеттердің жақындығы электрондық құрылысына байланысты. Элементтердің зарядтары және электрондарының саны өскен сайын электрондар сырттан үшінші электрондық қабатына 4f орналасады. Сондықтан бұл элементтер табиғатта бірге кездеседі, оларды бөлек қосылыстар түрінде және бір–бірінен бөлу күрделі мәселе.
Элементтердің ашылу тарихы өте қызықты және күрделі.
Торийді 1828 жылы Берцелиус Норвегиядағы минералда ашты. Скандинав құдайы Тор құрметіне жаңа элементті “торий” деп атады, ал минералды-торит деді.
30-жылдары Нильс Бор теориялық есептер бойынша лантаноидтарға ұқсас, сонымен қатар бір топ элементтер туралы пікір айтты. Бұл топ элементтер лантанның аналогы актинийден басталған соң оларды «актиноидтар» деп атады. Сонымен актиноидтарға келесі элементтер жатады; актиний, торий, протактиний, уран, нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий, лоуренсий.
Сонымен актиноидтар лантаноидтардың аналогы, осыған байланысты актиноидтардың арасында торий церийдің аналогы болып табылады.
Сирек-жер элементтердің (СЖЭ) ашылуы және бөлінуі
|
Жыл |
Кім бөлді |
Қай заттардан |
Элементтердің аталуы және аталу себебі |
|
1794 |
Гадолин |
Иттербий деген жердегі (Швеция) минералдан; соңында минерал гадолинит деп аталады. |
Оксидтердің қоспасы. 1797 жылы Экеберг бұл қоспаны “Иттрий жерлері” деп атады |
|
1803 |
Клапрот, онымен бірге Берцелиус |
Бастнед (Швеция) деген рудникте ”қара тастан” |
“Церит жерлері” 1801 жылы жаңа ашылған планета Церера қүрметіне |
|
1814 |
Берцелиус |
Церит жерлерінен |
Церий |
|
1828 |
Велер |
Иттрий жерлерінен |
Иттрий |
|
1839 |
Мозандер |
Церит жерлерінен |
Лантан (грекше”жасырын”) |
|
1843 |
Мозандер |
Иттрий жерлерінен |
Тербий және эрбий ”Иттербийден” |
|
1878 |
Мариньяк |
Эрбийден |
Иттербий |
|
1879 |
Нильсен |
Эрбийден |
Скандий-Скандинавия құрметіне |
|
1879 |
Лекок де Буабодран |
Церит жерлерінен Самарский деген минералдан бөлінген, минерал Уралда табылған |
Самарий-минералға байланысты |
|
1879 |
Клеве |
Эрбийден |
Тулий-Туле деген жердің (Скандинавия) құрметіне. Гольмий - “Гольмия” Стокгольмның ескі аты |
|
1880 |
Мариньяк |
“Дидиледен”, ол церит жерлерінен бөлінен |
Гадолиний финн химигі Х.О.Гадолин құрметіне |
|
1885 |
Ауер фон Веьсбах |
“Дидиледен” (егіз) (ескі оксидтердің қоспасы) |
Празеодим - көк егіз, неодим - жаңа егіз |
|
1886 |
Лекок де Буабодран |
Гольмийден |
Диспрозий (грекше “қолайсыз”) |
|
1896 |
Демарсей |
Самарийден |
Европий |
|
1907 |
Урбен,онымен бірге Ауер фон Вельсбах |
Иттербийден |
Лютеций - Париж ескілікте |
|
1947 |
Маринский және Гленденин |
Уранның өнімдерінен |
Прометей - грек мифологиясындағы Прометейдің құрметіне |
Физикалық және химиялық қасиеттері
Скандий иттрий, лантан және лантаноидтардың электрондық құрылысы кестеде келтірілген.
Элементтердің электрондық құрылысынан 5d-электрондар тек қана үш лантаноидтар: лантан, гадолиний, лютецийде бар екенін көреміз. Электрондардың орналасуына байланысты гадолиний лантаноидтардың арасында “орталық” орында тұрып, оларды екі топқа бөледі;әр топқа 6 элемент кіреді,олардың құрамында 5d электрондар жоқ. Гадолиний лантаноидтарды екі топқа бөлетінін басқа мәләметтерден көруге болады. Мысалы, үш валентті ионның радиусы элементтің реттік нөмірімен байланысты.
Скандий иттрий, лантан және лантаноидтардың электрондық құрылысы
|
Реттік нөмірі |
Элемент |
K( 1 ) |
L( 2 ) |
M( 3 ) |
N(4) spdf |
O(5) spd |
P(6) s |
|
21 |
Cкандий |
2 |
8 |
9 |
2 6 |
|
|
|
39 |
Иттрий |
2 |
8 |
18 |
2 6 1 |
2 |
|
|
57 |
Лантан |
2 |
8 |
18 |
2 6 10 |
2 6 1 |
|
|
58 |
Церий |
2 |
8 |
18 |
2 6 10 2 |
2 6 |
2 |
|
59 |
Праздеодим |
2 |
8 |
18 |
2 6 10 3 |
2 6 |
2 |
|
60 |
Неодим |
2 |
8 |
18 |
2 6 10 4 |
2 6 |
2 |
|
61 |
Прометий |
2 |
8 |
18 |
2 6 10 5 |
2 6 |
2 |
|
62 |
Самарий |
2 |
8 |
18 |
2 6 10 6 |
2 6 |
2 |
|
63 |
Европий |
2 |
8 |
18 |
2 6 10 7 |
2 6 |
2 |
|
64 |
Гадолиний |
2 |
8 |
18 |
2 6 10 7 |
2 6 1 |
2 |
|
65 |
Тербий |
2 |
8 |
18 |
2 6 10 9 |
2 6 |
2 |
|
66 |
Диспрозий |
2 |
8 |
18 |
2 6 10 10 |
2 6 |
2 |
|
67 |
Гольми |
2 |
8 |
18 |
2 6 10 11 |
2 6 |
2 |
|
68 |
Эрбий |
2 |
8 |
18 |
2 6 10 12 |
2 6 |
2 |
|
69 |
Тулий |
2 |
8 |
18 |
2 6 10 13 |
2 6 |
2 |
|
70 |
Иттербий |
2 |
8 |
18 |
2 6 10 14 |
2 6 |
2 |
|
71 |
Лютеций |
2 |
8 |
18 |
2 6 10 14 |
2 6 1 |
2 |
Лантаноидтардың валенттілігі негізінде үшке тең, бірақ кейбір элементтер электрондық құрылысына байланысты төрт және екі валентті болуы мүмкін.Осы ауыспалы валенттілік жоғарыда айтылған элементтердің периодтығына сәйкес келеді. Гадолиний сонымен қатар элементтерді екі топқа бөледі: әр топта жеті элемент, топтарда ең артта жүрген элементтер адолиний мен лютенций үш валентті.
Оксалаттары
Сирек жер элементтердің химиясында және технолоиясында оксалаттардың ерігіштігі де әртүрлі, оладрдың ерігіштігі кенеттен өзгеруі әсіресе аммоний оксалаттарын пайдаланғанда байқалады себебі, кейбір СЖЭ еритін комплексті қосылыстар түзеді.
Лантан оксалатының ерігіштігі бірге тең болып алынған.
Сондықтан торийді басқа СЖЭ оксалаттары түрінде бөледі. Скандий, иттрий, церий, торий және бірнеше басқа лантанойдтардың оксалаттарының судағы ерігіштігі аз, олардың ерігіштігі кристаллизациялық су молекуласының саныныа байланысты. Жалпы иттрий тобы оксалаттарының ерігіштігі церий тобынан жоғарылау.
Лантан оксалаттары минералды қышқыларда ериді, цериц оксалаты аздап ериді, басқа СЖЭ нің ерігіштігі біртіндеп төмендейді. Осы қасиетті пайдаланып СЖЭ бөлуге болады. Күшті қышқылдарда құрамы күрделі қосылыстар түзеді.
Торий оксалатының еріштігі СЖЭ оксалаттарынан жоғары:
|
Оксалаттары |
Аммоний оксалатындағы салыстырмалы ерігіштігі (1 г аммоний оксалаты 38 г суда) /336/ |
|
Торий |
2663,0 |
|
Иттербий |
105,0 |
|
Иттрий |
11,0 |
|
Церий |
1,8 |
|
Неодим |
1,4 |
|
Парзеодим |
1,7 |
|
Лантан |
1,0 |
СЖЭ оксалаттарының термиялық диссоциациясы
|
Оксалат |
Оксалаттағы су молекулаларының саны |
Су жоғалтудың басталуы |
Аралық ауысулар |
Тотыққа ауысуы |
|
Лантан |
10 |
55 |
55-380, сусыз түрі 380-550, La2O3·CO2 |
735-800 |
|
Церий |
10 |
50 |
Бірден CeO2-ге ауысу |
360 |
|
Празеодим |
10 |
40 |
40-420, сусыз оксалатқа ауысу |
420-790 |
|
Неодим |
10 |
50 |
50-445, тура солай |
445-735 |
|
Самарий |
10 |
45 |
45-300, тура солай |
410-735 |
|
Европий |
10 |
60 |
60-320, тура солай |
320-620 |
|
Гадолиний |
10 |
45 |
45-120,6 сулыға ауысу 120-315, сусызға ауысу |
375-700 |
|
Тербий |
10 |
45 |
45-100,5 сулыға ауысу 140-265,1 сулыға ауысу 265-435,сусызға ауысу |
435-725 |
|
Диспрозий |
10 |
45 |
45-140,4 сулыға ауысу 140-220,2 сулыға ауысу 295-415,, сусызға ауысу |
415-745 |
|
Гольмий |
10 |
40 |
40-200,2 сулыға ауысу 240-400,, сусызға ауысу |
400-735 |
|
Эрбий |
6 |
40 |
40-175,2 сулыға ауысу 205-395, сусызға ауысу |
395-720 |
|
Тулий |
5 |
55 |
55-195,2 сулы тотыққа ауысу |
335-730 |
|
Иттербий |
5 |
60 |
60-175,2 сулыға ауысу Тулий сияқты сусыз түрі жоқ |
325-735 |
|
Лютенций |
6 |
55 |
55-190, тура солай |
315-715 |
|
Скандий |
6 |
60 |
55-185,тура солай |
220-635 |
|
Иттрий |
9 |
45 |
45-180,2 сулыға ауысу 260-410,сусызға ауысу |
410-735 |
Ферроцианидтері
СЖЭ тұздары сілті металдарының ферроцианидімен әрекеттескенде әр түрлі қосылыстар түзіледі, олардың құрамы СЖЭ, сілті металдың табиғатына және олардың концентрациясына байланысты.
СЖЭ ферроцианидтерінің ерігіштігі төмен, осы қасиетті аналитикалық жәе технологиялық мақсаттарда пайдаланылады. Мысалы: литий ферроцианидін пайдаланып, скандий мен иттрийді сирек жер элементтерден бөлуне болады, ал егер натрий ферроцианидін қолданса скандий мен иттрийден бөлуге болады. Нашар еритін калий, рубидий, цезий ферроцианидтерін пайдаланып сирке жер элементтерді амперометрлік әдіспен анықтауға болады. Бір валентті талий (сілті металдарға ұқсас) лантанмен және цериймен қос ферроцианидтер түзеді: TILa[Fe(СN6]·4H2O және TICe[Fe(СN)6]·3H2O, ерігіштіктері 10-5 моль/л.
Феррицианидтері
СЖЭ Ферри-және Ферроцианидттерінің ерігіштігі, GLN2O3 1л ерітіндіде
|
Лантаноид |
Me Ln[Fe(СN)6]·тұз қышықылында Me =Na |
Me=K |
n[Fe(СN)6]суда |
|
La |
2,564 |
0,692 |
5,316 |
|
Pr |
1,532 |
0,500 |
2,342 |
|
Nd |
1,784 |
0,686 |
1,530 |
|
Sm |
2,418 |
0,598 |
0,268 |
|
Gd |
2,726 |
0,624 |
0,136 |
|
Dy |
3,618 |
0,535 |
0,298 |
|
Er |
3,024 |
0,842 |
0,142 |
|
Y |
3,492 |
0,842 |
0,602 |
Феррицианидтердің жалпы формуласы Ln[Fe(СN)6]·nH2O, құрамында төрт молекула су болады. Бұл тұздардың ерігіштігі ферроцианидтермен салыстырғанда жоғарылау. Бірақ кейбір сирек жер элементтерінің ферроцианидтерінің және феррицианидтерінің ерігіштіктерінде айырмашылық бар, соны пайдаланып СЖЭ бір-бірінен бөлуге болады.
Кестеде көрсетілгендей лантан, празеодим және неодимді басқа СЖЭ бөлу үшін феррицианидтерді пайдалануға болады.
Әдебиеттер тізімі:
1. Ферсман А.Е. Редкие металлы. 1932, № 4-5.
2. Сажин Н.П., Меерсон Г.А. Редкие элементы в новой технике // Хим. наука и пром., 1956. Т.І, № 5.
3. Меерсон Г.А. и Зеликман А.Н. Металлургия редких металлов. Метиаллургиздат, 1954.
4. Зеликман А.Н., Самсонов Г.В., Крейн О.Е. Металлургия редких металлов. Металлургиздат, 1954.
5. Тронов В.Г. Вклад русских ученых в химию редких элементов. Изд. Знание, 1952.
6. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах. Изд. АН СССР, 1950.
You Might Also Like
