Воронежский Государственный Университет Инженерных Технологий III Группа Побочная

Воронежский Государственный Университет Инженерных Технологий III Группа Побочная подгруппа Кафедра неорганической химии и химической технологии. Выполнила студентка группы х-116 Полянская Екатерина Геннадьевна Руководитель: доцент, к. х. н. Перегудов Ю. С.

История Sc и Y открытия

Скандий был предсказан Д. И. Менделеевым в 1870 году и выделен в 1879 году Л. Ф. Нильсоном из минералов гадолинита и эвксенита, найденных в Скандинавии. Л. Нильсон

Иттрий В 1794 г. в шведском минерале из Иттербю финский химик Юхан Гадолин обнаружил оксид неизвестного элемента, который был назван в 1797 г. Экебертом "иттриевой землей". Впоследствии оказалось, что "иттриевая земля" - смесь оксидов, из которой были выделены оксид иттрия, а также оксиды 10 других редкоземельных элементов. Только в 1828 г. немецкий ученый Фридрих Велер получил металлический иттрий. Юхан Гадолин

Название элемента

СКА НДИЙ (лат. Scandium, в честь Скандинавии — родины Л. Ф. Нильсона), Sc (читается «скандий» ), химический элемент с атомным номером 21, атомная масса 44, 9559. Природный скандий состоит из одного стабильного изотопа с массовым числом 45. И ТТРИЙ (лат. Yttrium, происходит от названия шведского селения Иттербю — Ytterby), Y (читается «иттрий» ), химический элемент с атомным номером 39, атомной массой 88, 9059. Природный иттрий состоит из одного стабильного изотопа 89 Y.

Электронное строение

Скандия Конфигурация внешних электронных оболочек атома 3 d 14 s 2; устойчивая степень окисления + 3, редко + 1, + 2; энергии ионизации при последовательном переходе от Sc 0 к Sc 3+ равны соответственно 6, 5616, 12, 80 и 24, 76 э. В; сродство к электрону — 0, 73 э. В; электроотрицательность по Полингу 1, 3; атомный радиус 0, 164 нм, ионный радиус Sc 3+ 0, 089 нм

Иттрия Конфигурация внешних электронных оболочек 4 d 15 s 2; степень окисления +3; энергия ионизации при последовательном переходе от Y 0 к Y 3+ соотв. 6, 2171, 12, 24 и 20, 52 э. В; атомный радиус 0, 181 нм; ионный радиус (в скобках указаны координационные числа) Y 3+ 0, 104 нм (6), 0, 110 нм (7), 0, 116 нм (8), 0, 122 нм (9)

Свойства Sc и Y

Физические свойства Cкандия Скандий существует в двух кристаллических модификациях: α и β; при обычной температуре устойчива α-модификация с гексагональной решеткой (а = 3, 3080 Å и с = 5, 2653 Å), выше 1350 °С - β-модификация с кубической объемноцентрированной решеткой. Скандий слабый парамагнетик, его атомная магнитная восприимчивость 236 • 10 -6 (20 °С). Скандий - мягкий металл, в чистом состоянии легко поддается обработке - ковке, прокатке, штамповке.

Химические свойства Cкандия На воздухе покрывается защитной оксидной пленкой толщиной до 600 Å, заметное окисление начинается при 250 °С. При взаимодействии с водородом (450 °С) образуется гидрид Sc. H 2, с азотом (600 -800 °С) - нитрид Sc. N, с галогенами (400 -600 °С) - соединения типа Sс. Сl 3. Sc + H 2 = Sc. H 2 Sc 2 O 3 + Cl 2 + 3 C = 2 Sc. Cl 3 + 3 CO

Физические свойства Иттрия Иттрий — светло-серый металл. До 1482 °C устойчива a -модификация: решетка гексагональная типа решетки Mg, а = 0, 36474 нм и с = 0, 57306 нм. Выше 1482 °C устойчива b-модификация: решетка кубическая типа a-Fe. Температура плавления 1528 °C, кипения 3320 °C, плотность 4, 45 кг/дм 3.

Химические свойства Иттрия На воздухе Y покрывается плотной защитной оксидной пленкой. При 370 -425°C образуется плотная черная пленка оксида. Интенсивное окисление начинается при 750°C. Иттрий при нагревании взаимодействует с галогенами, водородом, азотом, серов и фосфором. Оксид Y 2 О 3 обладает основными свойствами, ему отвечает основание Y(ОН)3.

Распространение в природе

Cкандий Скандий является типичным рассеянным элементом и слабым мигрантом и входит в состав многих минералов. Во всех природных соединениях скандий проявляет положительную валентность, равную 3, поэтому в окислительно-восстановительных процессах он участия не принимает. Основные минералыносители скандия: флюорит (до 1% Sc 2 O 3), касситерит (0, 005 -0, 2%), вольфрамит (0 -0, 4%), ильменорутил (0, 0015 -0, 3%), торианит (0, 46% Sc 2 O 3), самарскит (0, 45%), виикит (1, 17%), ксенотим (0, 0015 -1, 5%), берилл (0, 2%), баццит (скандиевый берилл, 3 -14, 44%). Всего известно более сотни скандий-содержащих минералов

Иттрий Содержание в земной коре 2, 0· 10 -3% по массе. Вместе с другими редкоземельными элементами содержится в минералах: ксенотиме, фергюсоните, эвксените, гадолините, талените, иттропаразите и других. Иттрий попутно выделяют из продуктов переработки уран- и торийсодержащих руд. В небольших концентрациях иттрий содержится в апатитах.

Применение

Скандий Металлургия Микроэлектроника Источники света Ядерная энергетика Медицина Производство солнечных батарей Рентгеновские зеркала Огнеупорные материалы Люминофор

Иттрий Легирующая добавка к чугунам, сталям и сплавам. Повышает жаростойкость сплавов на основе никеля, кобальта, хрома, ниобия Увеличивает прочность и пластичность тугоплавких металлов и сплавов на основе вольфрама, гафния, циркония, молибдена, тантала Оксид иттрия, активированный европием, — красный люминофор цветных телевизоров Иттрий входит в оксидные керамики (YBa 2 Cu 3 O 7 -x), обладающие свойствами высокотемпературных сверхпроводников.

Важнейшие соединения

Скандий Оксид скандия Sc 2 O 3, получают при нагревании металла в атмосфере кислорода, а также прокаливанием на воздухе гидроксида, нитрата, карбоната или оксалата скандия. Он представляет собой рыхлый белый порошок или бесцветные кубические кристаллы. После сильного прокаливания Sc 2 O 3 плохо растворяется в концентрированной HCl. Оксид скандия используют в производстве ферритов, люминофоров, стекла и керамики. Гидроксид скандия Sc(OH)3, получают обработкой растворов солей скандия щелочами: Sc(NO 3)3 + 3 Na. OH = Sc(OH)3 + 3 Na. NO 3 Амфотерный гидроксид с преобладанием основных свойств, в концентрированных растворах щелочей образует гидроксоскандиаты, например: Na 3[Sc(OH)6]. Хлорид скандия Sc. Cl 3, получают действием сухого хлора на металлический скандий при нагревании, на сульфиды, карбиды скандия или смесь Sc 2 O 3 c углем. Он представляет собой бесцветные ромбоэдрические кристаллы, растворимые в спирте и гидролизующиеся легче, чем хлориды редкоземельных металлов.

Сульфид скандия Sc 2 S 3, получают действием паров серы на металлический скандий, обработкой сероуглеродом оксида скандия или нагреванием безводного сульфата скандия в атмосфере сероводорода. Sc 2 S 3 - желтое твердое вещество; устойчив на воздухе, гидролизуется кипящей водой: Sc 2 S 3+6 HOH=2 Sc(OH)3+3 H 2 S. Гидриды скандия получают взаимодействием скандия с недостатком (Sc. H 2) или избытком (Sc. H 3) водорода при нагревании. Твердые вещества серого цвета, электропроводны. Карбид скандия Sc 4 C 3, образуется в виде черных гексагональных кристаллов восстановлением оксида скандия углем при нагревании. Компонент металлокерамики.

Получение Скандия Содержание скандия в земной коре 6*10 -4%, основные минераллы: тортвейтит Sc 2 Si 2 O 7 и стереттит Sc. PO 4*H 2 O. Получают скандий восстановлением Sc. F 3 или Sc. Cl 3 металлическим кальцием с последующей перегонкой в вакууме.

Иттрий Оксид: В свободном виде кристаллы Y 2 O 3 - бесцветны, гигроскопичны и поглощают из воздуха CO 2. Y 2 O 3 проявляет слабоосновные свойства, практически не растворим в воде (0, 0002 г. в 100 г. Н 2 O), растворяется в кислотах. Гидроксид иттрия(III) не растворим в воде , имеет характер слабого основания. При стоянии Y(OH)3 постепенно под действием двуокиси углерода воздуха переходит в карбонат: 2 Y(OH)3 +3 CO 2 O = Y 2(CO 3)3 + 3 H 2 O Соли иттрия. Большинство солей иттрия (III) кристаллизуется с большим количеством молекул воды, карбонат -Y 2(CO 3)3*3 H 2 O, хлорид - YCl 3*6 H 2 O, сульфат - Y 2(SO 4)5*8 H 2 O и т. п.

Лантан

История открытия Лантана К. Г. Мосандер В 1826 г. Карл Мозандер – ученик, ассистент и один из близких друзей Берцелиуса – исследовал цериевую землю и заключил, что она неоднородна, что в ней, помимо церия, содержится еще один, а может быть и не один, новый элемент. Доказать это Мозандеру удалось лишь в 1839 г. Новый элемент, обнаруженный в церите, по предложению Берцелиуса назвали лантаном

Название элемента

ЛАНТА Н (лат. Lanthanum, от греческого «лантано» — скрываюсь), La (читается «лантан» ), химический элемент с атомным номером 57, атомная масса 138, 9055. Природный лантан состоит из двух изотопов: 139 La (99, 911%) и радиоактивного 138 La.

Электронное строение

Конфигурация двух внешних электронных слоев 5 s 25 p 6 5 d 16 s 2. Степень окисления +3 (валентность III). Радиус атома 0, 187 нм, радиус иона La 3+ — от 0, 117 (координационное число 6) до 0, 150 нм (12). Энергии последовательной ионизации 5, 577, 11, 06, 19, 18 э. В.

Физические свойства Лантана Лантан — серебристо-белый металл. До температуры 277°C устойчив a. La с гексагональной решеткой, а = 0, 3772 нм и с = 1, 2144 нм. При температурах 277 -861°C устойчив b-La с кубической решеткой типа Cu. При температуре 861 -920°C устойчив g-La с кубической решеткой типа a-Fe. Температура кипения лантана 3447°C, плотность a-La 6, 162 кг/дм 3.

Химические свойства Лантана На воздухе лантан быстро окисляется с образованием гидратированного оксикарбоната. При нагревании до 450°C в среде кислорода La воспламеняется, образуя основной оксид La 2 O 3. При нагревании La реагирует с N 2 с образованием нитрида, с H 2 с образованием гидридов переменного состава. При нагревании реагирует с галогенами, серов и фосфором. 2 La + N 2 = 2 La. N La + H 2 = La. H 3

Гидроксид La(ОН)3. получают действием растворов щелочей на водорастворимые соли лантана. Плохо растворимы в воде фторид, фосфат, карбонат, оксалат и некоторые другие соли лантана.

Распространение в природе Содержание лантана в земной коре 2, 9· 10 -3% (по массе). В природе вместе с другими редкоземельными элементами входит в состав минералов: монацит, бастензит, лопарит и апатит.

Применение Лантана Легирующего металла чистый лантан используют как добавку в чугун и сталь, он работает как сильный раскислитель, превосходный дегазатор и десульфатор. Железо-цериево-лантанный "кремень" применяется в карманных зажигалках и в трассирующих артиллерийских снарядах. Оксид лантана La 2 O 3 - важный компонент оптических стекол (фотообъективы «Кодак» содержат от 20 до 40% La 2 O 3, лучшие отечественные фотообъективы тоже сделаны из лантанового стекла), Лантановое стекло идет также на изготовление лабораторной посуды (термостойкость и кислотоупорность).

Важнейшие соединения Лантана Оксид лантана, La 2 O 3, белый аморфный порошок, нерастворимый в воде, но растворимый в кислотах. Взаимодействуя с CO 2 переходит в карбонат. La 2 O 3 + CO 2 = La 2 CO 3 + O 2 Гидроксид лантана La(OH)3, студенистый белый осадок, образуется при взаимодействии лантана с водой, солей лантана с растворами щелочей. Взаимодействуя с CO 2 переходит в карбонат. La(OH)3 + CO 2 = La 2 CO 3 + H 2 O Соли лантана бесцветные кристаллические вещества. Растворимые соли - нитрат, галогениды, сульфат; нерастворимы - фторид, фосфат, карбонат основной ацетат лантана ведет себя как крахмал, если к нему добавляют иод. Белый гель принимает ярко-синюю окраску.

Получение Лантана В настоящее время лантан получают преимущественно из монацита и бастнезита ((La, Ce)FCO 3). Монацитовый концентрат (Ln. PO 4 + 7% диоксида циркония, 10% диоксида тория и 0, 1. . . 0, 3% урана) обрабатывают концентрированной серной кислотой, образующиеся сульфаты редкоземельных элементов и тория выщелачивают обычной водой. Последовательно отделяя торий, церий, другие РЗЭ, обычно получают хлорид лантана La. Cl 3. Электролиз расплавленного хлорида дает лантан чистотой до 99, 5%. Еще более чистый лантан (99, 79% и выше) получают кальциетермическим способом.

Актиний

История открытия Актиния А. Л. Дебьерн Актиний был открыт в 1899 году А. Дебьерном в отходах от переработки урановой смолки, из которой удалили полоний и радий. Новый элемент был назван актинием. Вскоре после открытия Дебьерна независимо от него немецкий радиофизик Ф. Гизель из такой же фракции урановой смолки, содержащей редкоземельные элементы, получил сильно радиоактивный элемент и предложил ему название «эманий» . Дальнейшее исследование показало идентичность препаратов, полученных Дебьерном и Гизелем, хотя они наблюдали радиоактивное излучение не самого актиния, а продуктов его распада — 227 Th (радиоактиний) и 230 Th (ионий).

АКТИ НИЙ (лат. Actinium, от греческого «актис» — луч), Ас (читается «актиний» ), радиоактивный химический элемент, с массовое число наиболее устойчивого радионуклида актиния 227 (период полураспада 227 Ас Т 1/2 21, 8 года). Электронная конфигурация двух внешних слоев невозбужденного атома актиния 6 s 26 p 66 d 17 s 2; степень окисления +3 (валентность III). Электроотрицательность по www. megabook. ru/Article. asp? AID=663046 1, 1.

Электронное строение

Электронная конфигурация двух внешних слоев невозбужденного атома актиния 6 s 2 p 6 d 17 s 2; степень окисления +3 (валентность III). Электроотрицательность по Полингу 1, 1.

Физические свойства Актиния Изучены мало. Температура плавления 1050 °C, температура кипения 3300 °C. На воздухе быстро покрывается оксидной пленкой Ас2 О 3, которая препятствует разрушению металла. Ac + O 2 = Ac 2 O 3

Химические свойства Актиния По химическим свойствам актиний похож на лантан. Гидроксид актиния Ас(ОН)3 является основанием и приближается по свойствам к щелочноземельным гидроксидам.

Распространение в природе Содержание в земной коре около 6· 10 -10 % по массе. Постоянное присутствие 227 Ас и менее устойчивого актиния 228 Ас в земной коре связано с их вхождением в состав радиоактивных рядов урана-235 и тория-232. Скорость образования этих радионуклидов равна скорости их радиоактивного распада, поэтому в земной коре содержатся постоянные количества этих атомов.

Применение Актиния В смеси с бериллием 227 Ас используют для изготовления ампульных источников нейтронов, образующихся при облучении ядер 9 Be a-частицами, испускаемыми 227 Ас. Актиний и его соединения токсичны.

КОНЕЦ Спасибо за внимание =)