Один из самых распространенных элементов, главная составляющая часть атмосферы Земли. Слово «Азот», предложенное французским химиком А. Лавуазье в конце 18 века, греческого происхождения. «Азот» означает «Безжизненный»



страница7/7
Дата29.06.2015
Размер1,07 Mb.
1   2   3   4   5   6   7

Название «лантаноиды» означает «подобные лантану». Иногда употребляется другое название – «лантаниды», что означает «идущие за лантаном». Первое название лучше отражает свойства этих элементов, очень похожих на лантан и друг на друга. В своих соединениях они обычно проявляют степень окисления +3. Причина такого сходства кроется в особенностях строения электронных конфигураций их атомов. У всех 14 элементов от церия до лютеция две внешние электронные оболочки практически остаются неизменными. Идет заполнение 4f-оболочки. Изменение числа электронов на этой оболочке мало влияет на химические свойства лантаноидов, поэтому их разделение всегда представляло трудную задачу для химиков. Наиболее эффективными методами разделения являются жидкостная экстракция и ионообменная хроматография. Они позволяют получить соединения отдельных лантаноидов в достаточно чистом виде, хотя некоторые из них стоят пока дороже золота.

Химию лантаноидов нельзя считать такой уж однообразной. Хотя в своих соединениях лантаноиды проявляют степени окисления обычно +3, многие из них проявляют и иные степени окисления. Известны соединения, где тербий, церий, празеодим, диспрозий проявляют степень окисления +4, а самарий, европий, иттербий – степень окисления +2. Лантаноиды – активные металлы, образуют довольно сильные основания, в свободном виде заметно различаются по свойствам. Так как в атомах лантаноидов идет заполнение глубинного слоя электронами, эта заполняющаяся оболочка в атомах играет роль своеобразного экрана, ослабляющего притяжение ядром внешних электронов, поэтому не происходит резкого уменьшения их атомных радиусов по мере роста заряда ядра. Этот эффект называют лантаноидным сжатием.

В наши дни большинство лантаноидов широко используются в технике: это сплавы, легированные церием, неодимовое стекло, люминофоры для цветного телевидения, активированные европием. Небольшие добавки лантаноидов к стали, чугуну, алюминиевым и магниевым сплавам увеличивают их стойкость к коррозии, жаропрочность. Сплав церия с железом (мишметалл) входит в состав поглотителей газов в электровакуумных приборах. Смесь неодима с празеодимом необходима при получении бесцветных стекол, поглощающих ультрафиолетовые лучи. Многие соли лантаноидов служат катализаторами различных химических реакций. В сельском хозяйстве соединения лантаноидов применяют в качестве инсектицидов и микроудобрений.

Лантан открыл в 1839 году К.Мозандер (Швеция).

Церий открыли в 1803 году М.Клапрот (Германия) и в1814 году Берцелиус (Швеция).

Празеодим открыл в 1885 году К.Ауэр фон Вельсбах (Германия).

Неодим открыл в 1885 году К.Ауэр фон Вельсбах (Германия).

Прометий открыли в 1947 году Д.Маринский, А.Гленденин (США).

Самарий открыл в 1879 году Лекок де Буабодран (Франция).

Европий открыл в 1901 году Е.Демарсей (Франция).

Гадолиний открыл в 1880 году Ж.Мариньяк (Швейцария).

Тербий открыл в 1843 году К.Мозандер (Швеция).

Диспрозий открыл в 1886 году Лекок де Буабодран (Франция).

Гольмий открыл в 1879 году П.Клеве (Швеция).

Эрбий открыл в 1843 году К.Мозандер (Швеция).

Тулий открыл в 1879 году П.Клеве (Швеция).

Иттербий открыл в 1878 году Ж.Мариньяк (Швейцария).

Лютеций открыли в 1907 году Журбен (Франция), К.Ауэр фон Вельсбах (Германия).

А К Т И Н О И Д Ы

Общее название 14 радиоактивных химических элементов 7 периода периодической системы, следующих за актинием. Они располагаются в периодической системе совместно с актинием, а расшифровка этого семейства дается в нижней части периодической системы. Представление о семействе актиноидов было введено в 1944-1945 годах американским ученым Г.Сиборгом. Согласно его теории после актиния в атомах сходных элементов на 5f – подоболочку добавляется по одному электрону, то есть идет заполнение глубинного слоя (у лантаноидов заполнялась глубинная 4f – подоболочка, а у актиноидов заполняется глубинная 5f – подоболочка).

У актиноидов некоторые элементы проявляют степень окисления +2 и +4.

Для нептуния, плутония и америция получены соединения, где элементы проявляют степень окисления +6 и даже +7. Элементы второй половины ряда актиноидов - эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий – устойчивы в степени окисления +2, а менделевий даже может проявлять степень окисления +1.

Группа актиноидов отличается своеобразием свойств. С одной стороны, эти элементы сходны с лантаноидами, часто проявляя степень окисления +3 (как и лантаноиды).

Из актиноидов практическое применение находят уран и торий. Уран был открыт Клапротом в 1789 году. В природе уран встречается в виде трех изотопов. Изотоп с массой 235 подвержен самопроизвольному распаду. Поэтому уран, используемый в реакторах в качестве ядерного горючего, обогащают с целью увеличения концентрации изотопа с массой 235. Для этого изотопа существует понятие критической массы, при достижении которой происходит цепная реакция и наступает ядерный взрыв. Если масса меньше критической, то скорость реакции самопроизвольного распада можно регулировать. Это свойство урана с массой 235 используется в ядерном оружии. Соединения урана используются в качестве красителей в полиграфической и силикатной промышленности.

Оксид тория был открыт Берцелиусом в 1828 году, затем был получен чистый торий. Небольшие добавки его к вольфраму увеличивают срок службы электроспиралей в лампах накаливания, так как торий обладает способностью поглощать газы. Оксид тория применяется в медицине.

Актиний открыл в 1899 году А.Деберн (Франция).

Нептуний открыли в 1940 году Э.Мак-Миллан, Ф.Абельсон (США).

Плутоний открыли в 1940 году Э.Мак-Миллан, Г.Сиборг, Валь, Кеннеди (США).

Америций открыли в 1944 году Г.Сиборг, Джемс, Морген (США).

Кюрий открыли в 1944 году Г.Сиборг, Джемс, А.Гиорсо (США).

Берклий открыли в 1949 году Г.Сиборг, А.Гиорсо, С.Томпсон (США).

Калифорний открыли в 1940 году С.Томпсон, Стрит, А.Гиорсо (США).

Эйнштейний открыли в 1953 году А.Гиорсо, С.Томпсон, Хиггинс, Г.Сиборг (США).

Фермий открыли в 1953 году А.Гиорсо, С.Томпсон, Хиггинс, Г.Сиборг (США).

Менделевий открыли в 1955 году А.Гиорсо, Гарвей, Чоппин, С.Томпсон, Г.Сиборг

(США).


Нобелий открыли в 1958 году А.Гиорсо и Сиборг с сотрудниками (США) и

Г.Н.Флеров с сотрудниками (СССР).

Лоуренсий открыли в 1961 году А.Гиорсо, Сиккеланд, Ларш, Латтимер (США).

Протактиний открыли в 1917 году О.Ган, Л.Мейтнер (Германия).

Н Е П Т У Н И Й №93 Np 2 8 18 32 22 9 2

237
В литературе не раз появлялись сообщения об открытии в природе первого из трансурановых элементов, но все они оказывались ошибочными. Это происходило потому, что ученые считали, что продолжительность жизни элемента №93 может быть сравнима со временем жизни урана, тогда присутствие нептуния в земных минералах было бы вероятным. Сейчас, когда искусственно синтезировано около 15 изотопов нептуния, очевидно, что эти надежды были беспочвенны. Самый долгоживущий изотоп нептуния с массой 237 имеет период полураспада 2140000 лет, то есть значительно меньше, чем возраст Земли. Если на ней когда-либо и существовал нептуний, то он уже давным-давно исчез. Однако, следы этого изотопа все же образуются на нашей планете в природной ядерной реакции под действием нейтронов из урана с массой 238.

Первым был синтезирован изотоп нептуния с массой 239, о чем весной 1940 года сообщили американские ученые Э.Мак-Миллан и Ф.Эйблсон. В продуктах облучения урана 238 медленными нейтронами они обнаружили активный продукт с периодом полураспада 2,3 суток. Это загадочное вещество удалось отделить химическим путем от урана. Вскоре стало ясно, что оно представляет собой новый элемент с порядковым номером 93. Элемент следовал за ураном в периодической системе. В Солнечной системе за Ураном следует Нептун, поэтому элемент и назвали нептуний.

Элементарный нептуний – ковкий, сравнительно мягкий металл с серебристым блеском.

Синтез нептуния имел важнейшее историческое значение. Он показал, что искусственное получение трансурановых элементов стало вполне реальным делом.

По химическим свойствам нептуний похож на уран и плутоний. Хотя долгое время считали, что первый трансурановый элемент будет похож на рений. Интересную особенность нептуния обнаружили в 1967 году советские ученые. Они доказали, что нептуний может существовать в семивалентном состоянии.

П Р О М Е Т И Й № 61 Pm 2 8 18 23 8 2

145
Прометий – искусственно синтезированный радиоактивный элемент, относится к семейству лантаноидов. Этот элемент назван по имени мифологического героя Прометея. По времени своего открытия (1945 - 1947) прометий оказался последним из лантаноидов. Его выделили американские ученые Д.Маринский, Л.Гленденин из продуктов деления урана нейтронами в ядерном реакторе. Попытки синтезировать элемент №61 предпринимались еще в конце 30-х годов 20 века.

Прометий не имеет стабильных изотопов, и многочисленные попытки найти его в природе оказались бесплодными. Только в конце 60-х годов следы прометия удалось обнаружить в земной коре: он образуется в результате спонтанного деления урана. Сейчас известно около 20 изотопов прометия. Самый долгоживущий из них с массой 145 имеет период полураспада 18 лет.

В наши дни прометий синтезируют искусственным путем и получают в значительных количествах. Его изотоп с массой 147 используют как источник энергии в атомных батарейках и для изготовления светящихся составов длительного действия.

Т О Р И Й № 90 Th 2 8 18 32 18 10 2

232,038


Торий – радиоактивный химический элемент. Этот элемент открыл в 1828 году шведский ученый Й.Берцелиус в минерале с острова Левен (Норвегия), а свое название элемент получил в честь скандинавского бога грома Тора. Металлический торий удалось получить только в 1870 году. В 1898 году М.Склодовская-Кюри обнаружила, что торий радиоактивен.

Торий – весьма долгоживущий радиоактивный элемент. Его сравнительно много на нашей планете (как свинца). Основной минерал тория – монацит, в нем содержится до 10% оксида тория 4.. В земной коре тория больше, чем урана, и поэтому элемент №90 был обнаружен задолго до открытия радиоактивности и даже нашел применение в технике – для освещения. В 19 веке на газовые рожки одевали колпачки с оксидами церия и тория, и свет становился ровнее, ярче.

Торий – светло-серый тугоплавкий металл. На воздухе он тускнеет, покрываясь черной защитной пленкой. Порошок и стружки тория горят на воздухе, образуя оксид тория 4, который плавится при 3200*С и химически очень стоек. Торий в обычных условиях реагирует с фтором, а при нагревании - с остальными галогенами. Металл взаимодействует с азотной, серной, плавиковой кислотами, легко растворяется в соляной кислоте и царской водке.

Торий – первый элемент в семействе актиноидов.

Торий – важный материал атомной энергетики. Под действием нейтронов природный изотоп тория с массой 232 превращается в ядерное горючее – уран 233. Торий применяют для легирования магниевых и других сплавов, которые стали очень важными для реактивной авиации и ракетной техники. Оксид тория 4 используют как огнеупорный материал. Соединения тория широко применяют в составе катализаторов в органическом синтезе.

Т Р А Н С У Р А Н О В Ы Е ЭЛЕМЕНТЫ


Трансурановыми элементами называют химические элементы, расположенные за ураном в периодической системе, с атомными номерами от 93.

В 1933 году итальянский ученый Э.Ферми провел опыт с целью получить элемент тяжелее урана. Он облучал уран нейтронами. Происходила ядерная реакция. Новый изотоп урана испускал бета-частицу и превращался в 93-й элемент.

Ученые, повторившие опыты Ферми, считали, что им удалось получить и более тяжелые трансурановые элементы, до №97 включительно. Они считали их химическими аналогами рения, осмия, иридия, платины и золота – элементов 6 периода. Казалось, химические исследования подтверждали такую точку зрения. В действительности здесь было досадное заблуждение.

В опытах Ферми действительно синтезировались первые трансурановые элементы, но доказать это с определенностью не могли ни Ферми, ни его последователи.

Открытие деления урана позволило ученым понять ошибку. И уже в 1940 году последовал синтез нептуния – элемента № 93. Нептуний получен американскими учеными по той же ядерной реакции, которую проводил Ферми. Но теперь были четкие доказательства синтеза этого элемента. Название этого элемента происходит от названия планеты Нептун, следующей в Солнечной системе за Ураном.

За время, прошедшее с открытия нептуния, были синтезированы еще трансурановые элементы. Из них важнейшим оказался плутоний с №94 (название происходит от планеты Плутон), который стал важнейшим ядерным горючим. За плутонием последовали америций (в честь Америки), кюрий ( в честь П.и М.Кюри), берклий ( по названию университета в Беркли, где проводился синтез элемента), калифорний ( в честь штата в Калифорнии), эйнштейний ( в честь А.Эйнштейна), фермий ( в честь Э.Ферми), менделевий ( в честь Д.И. Менделеева). В ядерных реакциях синтеза этих элементов в качестве бомбардирующих частиц применялись альфа-частицы, нейтроны, дейтроны (ядра дейтерия). Но после того, как был синтезирован менделевий (элемент №101), стало почти невозможно подобрать подходящие мишени для дальнейших синтезов. Все изотопы тяжелых трансурановых элементов короткоживущи, их нельзя было накопить в количествах, необходимых для изготовления мишеней.

Чтобы шагнуть за менделевий, физики использовали в качестве бомбардирующих частиц ускоренные тяжелые ионы, поэтому проблема мишени утратила свою остроту. В 1957 году группа ученых из Нобелевского института в Стокгольме пыталась получить элемент №102, бомбардируя кюриевую мишень ионами углерода. Считая, что попытка удалась, исследователи назвали новый элемент нобелий. Но их результаты опровергли советские и американские физики. Группа ученых во главе с академиком Г.Н.Флеровым (Дубна, Объединенный институт ядерных исследований) в 1963-1966 годах синтезировала несколько изотопов элемента №102.

Элементы «второй сотни» преподнесли ученым новый сюрприз. Мало того, что они легко распадались путем спонтанного (самопроизвольного) деления и жили секунды и доли секунды, их можно было получить только в количестве единичных атомов. Ученым пришлось разработать новые методы быстрого определения их радиоактивных свойств и химической природы. Эти методы особенно пригодились при изучении 104-го элемента (синтезированного советскими физиками и названного ими курчатовием – название оспаривалось, резерфордий). Было доказано, что этот элемент – аналог гафния.


У Р А Н №92 U 2 8 18 32 21 9 2

283,03
В честь планеты Уран назвал немецкий химик М.Клапрот новый элемент, который он открыл в 1789 году. Но Клапрот получил лишь оксид урана, в металлическом виде его сумел получить французский химик Э.Пелиго в 1841 году. Создавая периодическую систему, Д.И.Менделеев поместил уран в самый ее конец, и долгое время этот элемент оставался последним элементом в периодической системе. Еще в конце 19 века этот элемент сыграл важную роль в истории естествознания. В урановых минералах был впервые обнаружен земной гелий.

Изучая фосфоресценцию урановых соединений, А.Беккерель открыл явление радиоактивности.

В 1938 году немецкие ученые О.Ган и Ф.Штрасман открыли деление урана под действием медленных нейтронов. Спустя год советские физики Г.Флеров и К.Петржак доказали, что ядра урана способны делиться самопроизвольно. Эти открытия положили начало эре освоения атомной энергии.

Облучая уран нейтронами, американские ученые Э.Макмиллан и Ф.Эйблсон искусственно синтезировали первый трансурановый элемент - нептуний.

Тем самым в 1940 году уран перестал быть последним элементов в периодической системе. Однако вопрос о месте урана в ней вызывал споры среди ученых. Будучи похож на молибден и вольфрам по химическим свойствам, уран может быть помещен в 6-б подгруппу, как это и было до открытия трансурановых элементов. В соответствии же с представлениями об актиноидах, уран является членом этого семейства, хотя он имеет мало общего с соседними элементами – протактинием и нептунием.

В природе существуют три изотопа урана с массовыми числами 238, 234, 235, причем атомы урана с массой 238 235 – родоначальники радиоактивных семейств.



На долю урана с массой 238 приходится 99,28 % всего количества урана. Но главную роль в ядерных превращениях сыграл уран с массой 235. Ядра только этих атомов делятся под действием медленных нейтронов. Происходит цепная реакция деления, которая сопровождается выделением большого количества энергии. Если этой реакцией не управлять, произойдет ядерный взрыв.

Долгое время уран применялся весьма ограниченно: его оксиды и соли использовали лишь для окраски стекол и в фотографии. Положение коренным образом переменилось, когда была открыта цепная реакция деления урана. Уран и его соединения используются в основном в качестве горючего в ядерных реакторах.
1   2   3   4   5   6   7


База данных защищена авторским правом ©zubstom.ru 2015
обратиться к администрации

    Главная страница