Реферат: Лантаноиды - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Лантаноиды

Банк рефератов / Химия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 223 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

В ВЕДЕНИЕ. Самое знаменательное в элемент е лантане, несомненно, то, что он возглавляет шеренгу из четырнадцати лантаноидов - элементов с ч ерезвычайно сходными свойствами. Лантан и лантаноиды - всегда вместе: в м инералах, в нашем представлении, в металле. На Всемирной выставке в Париже в 1900 году были впервые продемонстрированы образцы некоторых чис тых, как считалось, лантаноидов. Но можно не сомневаться, что в каждом обра зчике, независимо от ярлыка, присутствовали и лантан, и церий и неодим с пр азеодимом, и самые редкие из лант аноидов-тулий, гольмий, лютеций. Самые редкие, если не считать "вышедшего" и воссозданного в ядерных реакци ях элемента N61-прометия. Впрочем, будь у прометия стабильные изотопы, он то же присутствовал бы в любом образце редкоземельного элемента. Один из самых массовых и дешёвых редкоземельных продуктов остаётся ми шметалл - "природный" сплав лантана и лантаноидов... ЛАНТАН. Лантан - это металл, обыкновенн ый по внешнему виду (серебристо-белый, покрытый сероватой окисной пленкой) и по физическим свойствам (температура плавления- 920, кипения- 3469 C; по прочности, твердости, электропроводности и прочим характеристикам металл лантан всегда оказывается в середине таблицы). Обыкновенен лантан и по химическим свойствам. В сухом во здухе он не изменяется: окислая п ленка надежно защищает от окисления в массе. Но если воздух влажен (а в обычных земных условиях он влажен почти всегда), металлический лант ан постепенно окисляется до гидроокиси. La(OH) 3 -основание средней силы, что опять-таки характерно для металла- "се реднячка". По распространению в природе, по масштабам производства, по широте использования лантан уступает свое му ближайшему аналогу-церию. Родоначальник и вечно второй, таково положе ние лантана в его семействе. И когда редкоземельные элементы по совокупн ости свойств стали делить на две подгруппы, лантан был отнесён в подгруп пу, название которой дали в честь церия... И открыт лантан был после церия, к ак примесь к церию, в минерале церите. В 1803 году 24 -летний шведский химик Йенс Якоб Берцелиус вместе со своим учителем В. Хизингером обнаружил в этом минерале открытую Ю.Гадолином в 1794 году иттриевую "землю" и еще одну редкую землю, очень похожую на иттриевую. Ее назвали цериевой. В 1826 году К. Г. Мозандер - ученик, ассистент и один из близких друзей Берцелиуса - исследо вал цериевую землю и заключил, что она неоднородна, что в ней, помимо церия , содержится еще один, а может быть и не один, новый элемент. Но чтобы провер ить это предположение, нужно было много церита. Доказать сложность церие вой земли Мозандеру удалось лишь в 1839 году. Новый элемент, обнаруженный в церите, по предложению Берцелиуса назвали лантаном. Название с намеком: он о происходит от греческого слова - скрываться, забыв аться - лантан, содержащийся в церите, успешно скрывался от химиков в течении 36 лет! Металлический лантан, разумеется, далеко не чистый, впервые был получен Мозандером при нагревании хлористого лантана с калием. В наше время в промышленных масштабах получают лантан чистотой более 99 %; преимущественно из монацита и б астнезита, как, впрочем, и церий, и все остальные элементы цериевой подгруппы. Моцанит - тяжелый блестящий минерал, обычно желто-бурый, но иногда и других цветов, поскольку постоянст вом состава он не отличается. Точнее всего его состав описывает такая странная формула: (РЗЭ)РО 4 : это значит, что монацит - фосфат редкоземел ьных элементов (РЗЭ). Обычно в моналите 50-68% окислов РЗЭ и 22 - 31,5 % P 2 O 5 . А еще в нем до 7 % двуокиси циркония, 10% (в среднем ) двуокиси тория и 0,1-0,3 % урана. Эти цифры с о всей очевидностью показывают, почему в наше время тесно переплелись пу ти редкоземельной и атомной промышленности. Монацитовые россыпи распр остранены по берегам рек, озер и морей на всех континентах. В начале века ( данные за 1909) 92 % мировой добычи редкоземельного сырья и прежде всего монац ита приходилось на долю Бразилии. После 1950 г. в связи с развитием атомной пр омышленности гегемоном среди капиталистических стран в добычи и перер аботке редкоземельного сырья стали США. Чтобы получить монацитовый концентрат чистотой 92 - 96 %, применяют комплек с гравитационных, магнитных и электростатических методов обогащения. В результате попутно получают ильменитовый, рутиловый, цирконовый и друг ие ценные концентраты. Как и всякий минерал, монацит надо "вскрыть". Чаще всего монацитовый концентрат обрабатывают для этого к онцентрированной серной кислотой (широкое распространение приобрел также щелочной способ вскрыти я монацита). Образующиеся сульфаты редкоземельных элементов и тория выщ елачивают холодной водой. После того как они перейдут в раствор, в осадке остаются кремнезем и не отделившаяся на предыдущих стадиях часть цирко на. На следующей стадии отделяют короткоживущий мезоторий (радий - 228), а затем и сам торий - иногда вместе с це рием, иногда по отдельности. После того как выделен церий, в растворе остается больше всего лантана, который получают обычно в виде хл орида LaCl 3 . Электролиз расплавленого хлорида дает лантан чистотой до 99.5 %. Еще более чистый лантан - 99.79 % и вы ше получают кальциетермическим способом. Такова классическая, традици онная технология. Как видим, получение элементарного лантана - дело сложное. Разделение лантаноидов - от празеодима до лютеция - требует еще больших з атрат сил и средств, и времени, разумеется. Поэтому в последнее десятилет ие химики и технологи многих стран мира стремились создать новые, более совершенные методы разделения этих элементов. Такие методы - экстракцио нные и ионообменные - были созданы и внедрены в промышленность. Уже в нача ле шестидесятых годов на установках, работающих по принципу ионного обм ена, достигли 95 % - ного выхода редко земельных продуктов чистотой до 99.9 %. НЕПЕРИОДИЧНОСТЬ СВОЙСТВ. Вынести лантаноиды за предел ы основной части таблицы первым предложил профессор Пражского универс итета Богуслав Францевич Браунер. Распутать "узел в системе" окончательн о удалось только после того, как в основу менделеевской таблицы был поло жен новый, физическии более точный критерий - заряд атомного ядра. Тогда с тало ясно, что между лантаном и танталом могут поместиться всего 15 элемен тов, причем последний должен быть аналогом циркония. Этот элемент - гафни й - был открыт Д. Костером и Д. Хевеши в 1923 году. Последний (по атомным номерам) лантаноид - лютеций - был обнаружен раньше, в 1907 году. АНОМАЛЬНЫЕ ВАЛЕНТНОСТИ. Аномальные валентности ланта ноидов исследовал и объяснил немецкий химик Вильгельм Клемм. По рентген овским спектрам он определил основные параметры их кристаллов и атомны е объемы. На кривой атомных объемов явно выражены максимумы (европий, итт ербий) и менее резко - минимумы (церий, тербий). Празеодим и самарий тоже вып адают, хотя и не так сильно, из ряда, определяемого плавно ниспадающей кри вой. Поэтому первый "тяготеет" к малообъёмным церию и тербию, а второй - к кр упным европию и иттербию. Элементы с большими атомными объемами крепче у держивают электроны и потому бывают лишь трех- или даже двухвалентными. В "малообъемных" атомах, напротив, один из "внутренних" электронов заключё н в оболочке недостаточно прочно - потому атомы церия, празеодима и терби я могут быть четырехвалентными. В работах Клемма было найдено и физическое обоснование давно сложившегося разделения лантаноидов на две подгруппы - цериевую и иттри евую. В первую входят лантан и лантаноиды от церия до гадолиния, во вторую- иттрий и лантаноиды от тербия до лютеция. Отличие между элементами двух этих групп - в знаке спинов у электронов, заполняющих главную для лантано идов четвертую оболочку. Спины - собственные моменты количества движени я электронов - у первых имеют один и тот же знак; у вторых же половина элект ронов имеет спины одного знака, а половина - другого. Лантаноидное сжатие. Лантаноидным сжатием называю т открытое немецким геохимиком В. Гольдшмитом закономерное уменьшен ие размеров трехвалентного иона редкоземельных элементов от лантана к лютецию. Казалось бы , все должно быть наоборот: в ядре атома церия на один протон больше, чем в ядре атома лантана; ядро празеодима больше, чем ядро ц ерия и т. д. Соответственно растет и число электронов, вращающихся вокруг ядра. И если представить атом таким, как его обычно рисуют на схемах, - в вид е маленького диска, окруженного вытянутыми орбитами невидимых электро нов, орбитами разных размеров, то, очевидно, прибыль электронов должна бы ла бы увеличить размеры атома в целом. Или, если отбросить наружные элект роны, число которых может быть неодинаковым, такая же закономерность дол жна наблюдаться в размерах трехвалентных ионов лантана и его команды. Радиус трехвалентного иона лантана равен 1,22 , а такого же иона лютеция - всего 0,99 . Все не по логике, а как раз н аоборот. Однако до физического смысла лантаноидного сжатия докопаться нетрудно и без ква нтовой механики, достаточно вспомнить основные законы электромагнетиз ма. Заряд ядра и число электронов вокруг него растут параллельно. Сила при тяжения между разноименными зарядами тоже растет: более тяжелое ядро си льнее притягивает электроны, укорачивает их орбиты. А поскольку в атомах лантаноидов наиболее насыщены электронами глубинные орбиты, электрич еское притяжение оказывает еще более сильное действие. Близость ионных радиусов и общность химических свойств - вот главные п ричины совместного присутствия лантаноидов в минералах. Всего известно около 70 собственно редкоземельных минералов и еще окол о 200 минералов, в которые эти элементы входят как примеси. Это свидетельст вует о том , что "редкие земли" вовсе не такие уж редкие; и это старинное обще е название скандия, иттрия и лантана с лантаноидами - не более чем дань ува жения к прошлому. Они не редки: церия в земле больше, чем свинца, а самые ред кие из редкоземельных распространены в земной коре на много больше, чем ртуть. Все дело в рассеяности этих элементов и сложности отделения их од ин от другого. Лантаноиды распространены в природе не одинакого. Элементы с четными а томными номерами встречаются значительно чаще, чем их не четные соседи. Это обстоятельство, конечно, сказывается на масштабах производства и це нах на редкоземельные металлы. Самые труднодоступные лантаноиды-терби й, тулий, лютеций. ЦЕРИЙ. ( В честь самой большой из малых планет ). В начале нынешнего века менде леевскую таблицу нередко сравнивали с солнечной системой, уподобляя эл ементы планетам. Лантаноидам же в этой аналогии отводилась роль астерои дов. Церий назвали в честь Цереры - самого большого из астероидов. И этот э лемент оказался самым "большим" из химических астероидов - самый распрос траненным, самым дешевым, самым важным(по крайней мере сегодня). Между прочим, Мартин Клапрот, открывший цериевую землю почти одновреме нно со своими шведскими коллегами - В. Хизингером и Й.Я.Берцелиусом, возраж ал против названия "церий": если уж в честь Цереры, то "церерий". Берцелиус, о днако, отстоял свое название, ссылаясь на трудности произношения того им ени, которое предлагал новому элементу Клапрот. Цериевая земля открыта в 1803 году, в чистом виде ее первым получил Карл Моз андер в 1839 году (одновременно с лантановой ), но лишь в 1875 году был впервые пол учен металлический церий. Сделал это американский химик Уильям Френсис Гиллебранд, работавший вместе со своим помощником Нортоном. Церий был по лучен электролизом тщательно очищенного четыреххлористого церия CeCl 4 . Он оказался светлым металлом, похож им на лантан, и таким же обыкновенным, как лантан. Однако не прошло и десят и лет, как был взят патент на первое практическое применение церия. Точне е, его окиси. Началось с газокалильных сеток . Австрийский химик Ауэр фон Ве льсбах (1858-1928) был большим специалистом в области редких земель. Он открыл че тыре новых лантаноида; правда, в таблицу Менделеева из них вошли только д ва - неодим и празеодим. Альдебараний же, названный в честь Альдебарана - г лавной звезды созвездия Тельца, оказался идентичен открытому нескольк ими месяцами раньше иттербию, а кассиопей (в честь созвездия Кассиопеи) т оже за несколько месяцев до Ауэра фон Вельсбаха открыл француз Жорж Урбэ н и назвал лютецием... Ауэр фон Вельсбах был не только очень требовательным к себе исследоват елем. Та сторона научной работы, которую ныне называют "связью с производ ством" или "внедрением", у него была организована значительно лучше, чем у многих его коллег и современников. Именно он в 1884 году взял патент на приме нение окиси церия в газокалильных лампах. В то время газовое освещение е ще могло конкурировать с электрическим. На газовые рожки стали надевать "ауэровские колпачки", и свету в домах пр ибавилось. Колпачки были пропитаны окислами тория и церия. (Заметим, что п ропитка чистой окисью тория мало что давала, ярко светилась только смесь окислов.) Есть еще одна давняя область применения элемента N58. Церий - главный комп онент пирофорного сплава, из которого делают кремни для зажигалок. Кроме церия в его состав входят другие редкоземельные металлы, а также железо. Тот же сплав работает в трассирующих снарядах и пулях. Сделанная из него насадка надета на снаряд снаружи. А роль колесика, высекающего искру зде сь играет воздух. Церий в металлургии. В современной технике широко используют способность церия (как и других лантаноидов) улучшать свойст ва сплавов на основе железа, магния, алюминия, меди, ниобия, титана. Легиро вание конструкционных сталей церием значительно повышает их прочность . Действие церия в целом аналогично деиствию лантана. Влияние разных доз церия на структуру и свойства литой и кованной стали, прежде всего легированной, выяснено достаточно четко. И для метал лургии в этом случае оказалось справедливым старое медицинское правил о: малые дозы - лекарство, большие - яд. Малые добавки церия очищают сталь от вредных неметаллических включении, прежде всего серы и газов, большие же - образуют самостоятельные окисные включения, которые полезны далеко не всегда. С 1954 года в качестве легирующей добавки в сталь начали вводить микроприсадки окиси и других соединений редкоземельных металлов, поск ольк у они дешевле, чем сами металлы. Церий и химия. В начале 60-х годов каталитичес кая активность соединений церия была продемонстрированна довольно нео бычным способом. Днище поршней автомобильного двигателя "Шевроле" покры ли керамическим материалом, который на 80 % состоял из соединений редкозем ельных элементов. Среди них преобладала окись церия. Во всем остальном о пытный двигатель был идентичен серийным. Но при его работе выделялось в двое меньше несгоревших углеводородов, на 10 - 20 % уменьшилось и количество о бразующейся окиси углерода. Катализаторами, в состав которых входит церий, пользуются уже много ле т. Такие католизаторы ускоряют практически важную реакцию между водоро дом и окисью углерода, реакция дегидрогенизации спиртов, процессы креки нга нефти. Сульфат церия Ce(SO 4 ) 2 считают перспективным катализатором для серн окислотного производства на стадии окисления сернистого ангидрида в с ерный. Керамика и стекло. Атомная техника - одна из немно гих областей, где пути церия и других лантаноидов (прежде всего самария, е вропия и гадолиния) резко расходятся. Если большенство лантаноидов инте нсивно захватывают тепловые нейтроны, то церий пригоден в качестве мате риала активной зоны. Величина сечения захвата тепловых нейтронов атома ми церия очень мала - втрое меньше, чем у железа, и в 50.000 раз меньше, чем у гадол иния. Керамику, в состав которой входит CeO 2 , используют в реакторостроении. В атомной технике применяют и цер ийсодержащие стекла - они не тускнеют под действием радиации. Но это лишь одна из многих ролей церия в стеклоделии. Его двуокись вводя т в стекло и как осветитель, и окисляющий ион Fe 3+ в Fe 2+ , и иногда-как светло -же лтый краситель. То же вещество - основной компонент пилирита, самого эффе ктивного порошка для полировки оптического и зеркального стекла. Пилир ит - коричнивый порошок, состоящий из окислов редкоземельных элементов.О киси церия в нем меньше 45 % . Двойная валентность. Церий способен проявлять две валентности: 3+ и 4+ . В последнем случае помимо трех электронов, которые поло жено отдавать элементу третьей группы, атом церия отдает, по-видимому, и в торой электрон с четвертой от ядра оболочки, обозначаемой латинской бук вой N. С четырьмя электронами он расстается даже более охотно, чем с тремя. В сухом воздухе церий воспламеняется при 320 С и сразу же превращается в желтый порошок дв уокиси CeO 2 . Получить Ce 2 O 3 - окись тре хвалентного церия - намного труднее; она получается из CeO 2 лишь при сильном прокаливании в токе водорода. В щелочной среде трехвалентный церий легко окисляется до четырехвале нтного; в кислой же, наоборот, соединения четырехвалентного церия мало у стойчивы. В таких условиях они выступают как довольно сильные окислител и. "Нестандартная" валентность помогает выделить церий из смеси с лантано м и другими лантаноидами. Химический портрет церия будет явно неполным, если не упомянуть о его к омплексных соединениях. Комплексообразование характерно для всех лант аноидов и очень полезно. Именно комплексные соединения редкоземельных элементо разделяют на ионообменных колонках... Но церий и здесь первый: ег о комплексы изучены лучше всего. В 1970 году химики Саратовского университе та исследовали комплексные соединения церия с -капролактамом и анилином... Металлический церий. Если подвергнуть церий дейст вию высокого давления - около 7000 атм.- его объем уменьшиться намного заметн ее, чем объем лантана или неодима, -примерно на четверть. Тип кристалличес кой решетки при этом не изменится, но некоторые физические свойства изме нятся очень сильно. В частности , электросопротивление церия упадет почт и вдвое. Полагают, что причина таких пертурбаций - электронные переходы. В каждом атоме один электрон с 4f-подоболочки перейдет на 5d-подоболочку. Есл и до сжатия металл состоял из ионов Ce 3+ и электронов, то теперь в электронном облаке находятся четырехва лентные ионы... В остальном же металлический церий неотличим от лантана. Т олько окисная пленка, которой покрыт металл, слегка желтоватого оттенка. ПРАЗЕОДИМ. Почти вся история редких земе ль - это история разделения. Лантан открыли, разделив окись церия. А через два года после открытия лантановой земли Карлу Мозандеру удалось разде лить и ее. Свойства новой земл и были черезвычайно близки с войствам La 2 O 3 и потому элемент новой земли назвали дидимом-от греческого , что означает "близнец" или "парный". Дадим оказался вдвойне близ нецом ! В 1882 году после скрупулезного спектроск опического исследования окиси дидима Богуслав Браунер сообщил о ее нео днородности. А через три года Ауэр фон Вельсбах сумел аналитически разде лить дидим на два элемента. Их назвали празеодимом (по гречески - "светло-зеленый" ) и неодим ( "новый дидим" ). Большинство солей празеодима, и правда, светло - зеленые, а сам металл вн ешне не отличить от лантана и церия - белый, покрытый окисной пленкой.Прав да, окись празеодима на окислу церия и лантана не похожи ни по внешнему ви ду, ни по строению. Это вещество темно-серого, почти черного цвета; его сос тав Pr 6 O 11 , а молекулярный вес - 1021,5. Как и церий, празеодим склонен проявлять валентность 4+, помимо обычной д ля всех лантаноидов валентности 3+. В остальном он длиже всего к неодиму. А поскольку и церий и неодим распространены значительно больше, чем элеме нт N59, он не выдерживает пока конкуренции с ними. Почти всегда празеодим ис пользуют в смеси с неодимом или церием. Хотя элемент дидим официально был "закрыт" еще в прошлом веке, с этим наз ванием можно встретиться и в самых современных книгах: до сих пор природ ную смесь неодима с празеодимом называют так. У празеодима один стабильный природный изотоп - с массовым числом 141. Рад иоактивные изотопы элемента N59 образуются в природе и в атомных реактора х при делении ядер урана. Между прочим, в реакрорах образуется и стабильн ый празеодим-141 - один из "реакторных ядов". Но этот "яд" не очень сильный; по се чению захвата тепловых нейтронов 141 Pr намного уступает изотопам других лантаноидов, кроме церия. Радиоизотопы празеодима короткоживущи. Самый тяжелый из них - с массов ым числом 148 - имеет пнриод полураспада 12 минут. Еще меньшее время живет сам ый легкий изотоп этого элемента - празеодим-133, впервые полученный в 1968-1969 год ах в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне. НЕОДИМ. "Новый близнец" - второй по расп ространенности среди всех лантаноидов. Его в земной коре даже больше, че м самого лантана - 2,5*10 -3 и 1,8*10 -3 % соответственно. Есть даже неодимовый минера л - эшинит. В этот минерал входят окислы кальция, тория, тантана, ниобия, итт рия, лантана и лантаноидов, из которых в нем больше всего церия и неодима. Природный неодим состоит из 7 изотопов - с массовыми числами от 142 до 146, а та кже 148 и 150. Самый распространеный из них - неодим-142. Второй по распространенн ости изотоп - неодим-144 слабо радиоактивен; период его полураспада - 5*10 15 лет - величина на много порядков больша я, чем возраст нашей планеты. А вот исскуственные изотопы неодима, напрот ив, живут очень недолго. Лишь один из них - неодим-141 имеет период полураспад а чуть больше 2 месяцев. Времы жизни остальных исчисляется в лучшем случа е считанными днями. В отличии от празеодима, соединения неодима окрашены неодинаково. Так, окись неодима Nd 2 O 3 - голубого цвета, его нитрат, бромид и йодит-сиреневого. П оследний, правда, на свету разлагается и буреет - выделяется элементарны й йод. Трифторид неодима окрашен в розовый цвет, сульфид Nd 2 S 3 -в зеленый, карбид - в коричнево-золотистый, а гексаборид NdB 6 - в синий. Наибольшее практическое значение из всех этих соединений приобрела о кись неодима. Ее используют в электрических приборах как диэлектрик, отл ичающийся малым коэффициентом теплового расширения. Входит она и в реце птуры некоторых стекол. Области применения других соединений элемента N60 ограничены стеклом, керамикой и глазурями. Значительно шире используется сам неодим. Из всех лантаноидов элемент N60 лучше всего влияет на свойства магниевых, алюминиевых и титановых спла вов. В России созданы высокопрочные магниевые сплавы, легированные неодим ом и цирконием. Предел длительной прочности при повышенных температура х на много больше, чем у магниевых сплавов, легированных другими элемент ами. Алюминий, легированный неодимом, химически взаимодействует с ним. Обра зуются соединения состава NdAl 4 и NdAl 2 . В итоге 5 %-ная добавка неодима вдвое увел ичивает предел прочности алюминия ( с 5 до 10 кг/мм 2 ). Во много раз возрастает твердость сплава. Подобным же образом неодим действует и на свойства титана.1,2 % церия увел ечили предел прочности титана с 32 до 38-40 кг/мм 2 , а примерно такая же добавка неодима - до 48-50 кг/мм 2 . ПРОМЕТИЙ. Прометий - один из 4 исскуствен ных не трансурановых элементов. В природе он образуется в результате рад иоактивного распада ядер тяжелых элементов. Обнаружить прометий в земн ой коре удалось лишь после того, как он был получен исскуственным путем. Элемент N61 открыли в 1947 году американские исследователи Маринский, Гленд енин и Кориел среди продуктов, образуюшихся в ядерном реакторе. Сейчас известно 14 изотопов прометия. Все они радиоактивны. Самый долгож ивущий из них - прометий-145 с периодом полураспада около 18 лет. Практически наиболее важен прометий-147 (период полураспада 2,64 года), который используют в миниатюрных атомных батареях, способных давать электроэнергию в тече ние нескольких лет. Такие батарей можно использовать как источник тока н а космических кораблях, управляемых снарядах, радиоустройствах, часах и даже слуховых аппаратах. В прометиевой атомной ботарее происходит двукратное преобразование энергии. Сначало излучение прометия застовляет светиться специальный люминесцирующий состав (фосфор), а световая энергия преобразуется в элек трическую в кремниевом фотоэлементе. На одну батарейку используется вс его 5 мгм окиси прометия-147. Особенность прометия-147 в том, что он не испускает гамма-лучей, а дает лишь мягкое бета-излучение, задерживаемое даже тонки м слоем фосфора и корпусом батареи. САМАРИЙ. В середине прошлого века на Ур але был найден черный блестящий минерал. В книге Н.А.Фигуровского "Открыт ия элементов и происхождение их названий" (как и в большинстве книг по ист ории науки) говорится, что этот минерал открыт русским горным инженером В.Е.Самарским. Авторы книги "От водорода до ...?" П. Р. Таубе и Е. И. Руденко утверж дают несколько иное. "В середине прошлого века на Алтае и Урале смотрителем горного округа б ыл инженер В. Е. Самарский. Особыми талантами он не отличался. Однажды рабо чие принесли ему найденный в Ильменских горах неизвестный минерал очен ь красивого бархатно-черного цвета. Присутствовавший при этом угодливы й чиновник предложил назвать минерал в честь смотрителя горного округа самарскитом. "Находчивость" чиновника была одобрена, минерал "окрещен" и в ошел в коллекцию... Так было увековечено имя инженера Самарского, ничем не заслужившего такой чести". Так или иначе, первая глава истории самария связана с Россией. Вторая-с Ф ранцией. В 1878 году французский химик Делофонтен работал с самарскитом и выделил из него окись дидима. Основным оружием искателей новых элементов в эти г оды уже был спектральный анализ. В спектре дидима, полученного из самарс кита, Делафонтен обнаружил две новые голубые линии. Решив, что они принад лежат новому элементу, он сразу же дал этому элементу название: деципий - о т латинского decipere, что значит "обманывать,одурачивать". Вскоре появились и другие сообщения о необычных спектральных линиях в окиси дидима. Окончательно подтвердил неоднородность этого вещества д ругой французский химик - Лекок де Буабодран. Он, как и Делафонтен, нашел д ве новые голубые линии (с длинами волн 400 и 417 ), но эти линии отличались от линий деципия. В 1879 го ду Лекок де Буабодран назвал новый элемент самарием. Через год швейцарский химик Ж. Ш. Мариньяк нашел в самарските еще один но вый элемент. Он получил из самарскита две фракции, одна из которых давала точно такой же спектр, как у элемента, открытого Буабодраном. Так было под тверждено открытие самария. Другая же фракция, как показал спектральный анализ, содержала новый элемент. В честь одного из первых исследователей редких земель Юхана Гадолина этот элемент был назван гадолинием. Деципи й же вскоре "закрыли": он оказался смесью самария с другими редкоземельны ми элементами, прежде всего с неодимом и празеодимом. Элементарный самарий был получен в начале ХХ века, но еще несколько дес ятилетий не находил применения. Сегодня элемент (и его соединения) довол ьно важен для атомной энергетики: самарию свойственно большое поперечн ое сечение захвата тепловых нейтронов - около 6500 барн. Это больше, чем у бор а и кадмия - традиционных материалов регулирующих стержней. Керамически е материалы, в которые входят окись самария (порошок бледно-кремового цв ета), стали использовать в качестве защитных материалов в реакторострое нии. В последние годы особое внимание ученых и практиков привлекло интерметаллическое соединение самария с кобальтом SmCo 5 . Из него делают необычайно сильные постоянные магниты. Кроме того, самарий вводят в состав стекол, способных люминесцировать и поглощать инфрокрасные лучи. Но не всегда самарий полезен. Физики считают, что из радиоактивных изот опов наибольшую опасность в качестве реакторного яда представляет ксе нон-135, а из стабильных - изотоп самария с массовым числом 149. Сечение захвата тепловых нейтронов у самария-149 огромно - 66000 барн. Но в работающем реакторе п роисходит как бы самоочищение: при поглощении нейтрона самарий-149 превра щается в самарий-150, который поглощает замедленные нейтроны намного хуже. Для реактора на быстрых нейтронах самарий-149 не опасен: быстрые неитроны его ядрами не захватываются. Природный самарий состоит из семи изотопов (массовые числа: 144, 147, 148, 149, 150, 152 - са мый распространенный изотоп - и 154). Самарий-147 альфа-активен, период его полу распада около 100 миллиардов лет. Но не только из-за самария-147 радиоактивен красивый минерал амарскит. В е го состав наряду с редкими землями, кислородом, железом, танталом и ниоби ем входит уран... ЕВРОПИЙ. В 1886 году французский химик Дем арсэ выделил из самариевой земли новый элемент, который, скорее всего, бы л не очень чистым европием. Но этот опыт воспроизвести не удалось. В том же году англичанин Уильямс Крукс обнаружил новую линию в спектре самарски та. С подобным же сообщением выступил через 6 лет Лекок де Буабодран. Но вс е данные о новом элементе были в какой-то мере шаткими. Демарсе проявил характер. Он потратил на выделение нового элемента из самариевой земли несколько лет, и наконец в 1896 году ему удалось приготови ть чистый препарат. Первоначально Демарсе обозначил открытый им элемен т греческой заглавной буквой "сигма" .А в 1901 году после серии контрольных э кспериментов этот элемент получил свое нынешнее название. Металлический европий впервые был получен лишь в 1937 году. Европий - последний редкоземельный элемент цериевой подгруппы. Он самы й легкий из лантаноидов, его плотность всего 5,245 г/см 3 . У европия же наибольшие из всех лантаноидов атомный ра диус и атомный объем. Так же, как и его соседи по таблице Менделеева, европий входит в число на иболее сильных поглотителей тепловых нейтронов. Отсюда его возможност и в атомной технике и технике защиты от излучений. В качестве материала п ротивонейтронной защиты элемент N63 интересен тем, что его природные изот опы 151 Eu и 153 Eu, поглощая нейтроны, превращаются в изотопы, у которых почти та к же велико сечение захвата тепловых нейтронов. Радиоактивный европий, полученный из атомных реакторов, использовали при лечении некоторых форм рака. Важное значение приобрел европий как активатор люминофоров. Микропри месями европия активируют, в частности, окись иттрия Y 2 O 3 и ортованадат иттр ия YVO 4 , используемые для получения кра сного цвета на телевизионных экранах. Приобрели практическое значение и другие люминофоры, активированные европием. Соединения европия (он проявляет валентности 2+ и 3+), как правило, белого ц вета с розовато-оранжевым оттенком. Соединения европия с хлором и бромом светочувствительны. ГАДОЛИНИЙ. Элемент N64 - гадолиний открыт в 1880 году. Первооткрыватель этого элемента - швейцарский химик Жан Шарль Га лиссар де Маринбяк (1817-1894) долгое время работал во Франции. Общие научные инт ересы - редкие земли и спектральный анализ - сблизили его с Лекок де Буабод раном. Именно Лекок де Буабодран, с согласия Мариньяка, назвал гадолиние вой открытую им новую землю. А через два года после смерти Мариньяка был в первые получен в относительно чистом виде элементарный гадолиний. Межд у прочим, это был первый случай в истории науки, когда химический элемент назвали в память об ученом, члене-корреспонденте Петербургской академии - Юхане Га долине, который был одним из первых исследователей редких земель. На первый взгляд, по физическим и химическим свойствам гадолиний ничем не отличается от других редкоземельных металлов. Он- светлый, незначите льно окисляющийся на воздухе металл - по отношению к кислотам и другим ре агентам ведет себя так же, как лантан и церий. Но с гадолиния начинается ит триевая подгруппа редкоземельных элементов, а это значит, что на электро нных оболочках его атомов должны быть электроны с антипараллельными сп инами. Всего один дополнительный электрон появился в атоме гадолиния по срав нению с атомом предыдущего элемента самария. Он, этот добавочный электро н, попал на вторую снаружи оболочку, а первые пять электронных "слоев", в то м числе и развивающаяся у большинства лантаноидов оболочка N, у атомов са мария и гадолиния построены одинаково. Всего один электрон и один протон в ядре, но как преображают они некоторые свойства очередного лантаноида ! Прежде всего гадолинию свойственно наивысшее среди всех электронов с ечение захвата тепловых нейтронов, 46000 барн - такова эта величина для приро дной смеси изотопов гадолиния. А у гадолиния-157 (его доля в природной смеси 15,68 %) сечение захвата превышает 150 000 барн. Гадолиний-157 - "рекордсмен" среди всех стабильных изотопов. Отсюда возможности гадолиния при управлении цепной ядерной реакцией и для защиты от нейтронов. Правда, активно захватывающие нейтроны изотоп ы гадолиния, 157 Gd и 155 Gd, в реакторах довольно быстро "выгорают" -превращаются в " соседние" ядра, у которых сечение захвата на много порядков меньше. Поэто му в конструкциях регулирующих стержней с гадолинием могут конкуриров ать другие редкоземельные элементы, прежде всего самарий и европий. Но не только рекордными сечениями захвата знаменит гадолиний. У него н аибольшее из всех лантаноидов удельное электрическое сопротивление-пр имерно вдвое больше, чем у его аналогов. Почти в два раза больше, чем у лант ана и церия, и удельная теплоемкость гадолиния. Наконец, магнитные свойс тва ставят элемент N64 в один ряд с железом, кобольтом и никелем. В то время к ак лантан и другие лантаноиды парамагнитны, гадолиний - ферромагнетик, п ричем даже более сильный, чем никель и кобальт. Но железо и кобальт сохран яют ферромагнитность и при температурах порядка 1000 °С, никель - до 631 °С. Гадо линий же теряе это свойство, будучи нагрет всего до 290°С. Необычные магнитные свойства и у некоторых соединений гадолиния. Его с ульфат и хлорид (гадолиний, кстати, всегда трехвалентен), размагничиваяс ь, заметно охлаждаются. Это свойство использовали для получения сверхни зких температур. Сначало соль состава Gd 2 (SO 4 ) 3 *8H 2 O помещали в магнитное пол е и охлаждали до предельно возможной температуры. А затем давали ей разм агнититься. При этом запас энергии, которой обладала соль, еще уменьшалс я, и в конце опыта температура кристаллов от абсолютного нуля отличалась всего на одну тысячную градуса. Сверхнизкие температуры открыли еще одно применение элементу N64. Сплав гадолиния с церием и рутением в этих условиях приобретает сверхпроводи мость. И в то же время в нем наблюдали слабый ферромагнитизм. Таким образо м, для магнетохимии представляют непреходящий интерес и сам гадолиний, и его соединения, и сплавы. Другой сплав гадолиния - с титаном - применяют в качестве активатора в ст артерах люминесцентных ламп. Этот сплав впервые получен в нашей стране. ТЕРБИЙ. Элемент N65 в природе существуе т в виде одного - единственного стабильного изотопа тербий-159. Элемент ред кий, дорогой и используемый пока в основном для изучения свойств элемент а N65. Весьма ограниченно соединения тербия используют в люминофорах, лазе рных материалах и ферритах. Тербий - идеальный парамагнетик. В чистом виде представляет собой мета лл серебристого цвета, который при нагревании покрывается окисной плен кой. Темно-коричневый порошок окиси тербия имеет состав Tb 4 O 7 или Tb 2 O 3 *2TbO 2 . Это значит, что при окислении часть атомов тербия отдает по три электрона, а другая часть - по четыре. Треххлористый т ербий TbCl 3 - самое легкоплавкое соедине ние из всех галогенидов редкоземельных элементов - плавится при темпера туре меньше 600 °С. История тербия достаточно путанная. В течении полувека существования этого элемента не раз брали под сомнение, не смотря на то что первооткрыв ателем тербия был такой авторитет в химии редких земель, как Карл Мозанд ер. Это он разделил в 1843 г. иттриевую землю на три: иттриевую (белого цвета ), т ербиевую (коричневого ) и эрбиевую (розового). Но такие известные ученые 19 в ека, как Р. Бунзен и Т. Клеве, нашли в иттриевой земле лишь два окисла и счет али сомнительным существование третей - тербиевой земли. Позже Лекок де Буабодран обнаружил тербий (вместе с гадолинием и самарием ) в псевдоэле менте мозандрии. Однако затем он сам запутался, придя к выводу, что сущест вует не один тербий, а несколько элементов - целая группа тербинов ... Слово м, путанницы было хоть отбавляй. И лишь в начале 20 века известный французс кий химик Жорж Урбен (1872-1938) получил чистые препараты тербия и положил конец спорам. ДИСПРОЗИЙ. Диспрозий - один из самых распр остраненных элементов иттриевой подгруппы. В земной коре его в 4,5 раза бол ьше, чем вольфрама. Выклядит он так же, как и остальные члены редкоземельн ого семейства, проявляет валентность 3+; окраска окиси и солей светло-желт ая, обычно с зеленоватым, реже с ораньжевым оттенком. Название этого элемента произхобит от греческого , что означает "т рудно-доступный ". Название элемента N66 отразило трудности, с которыми при шлось столкнуться его первооткрывателю. Окисель этого элемента- "землю" диспрозия открыл Лекок де Буабодран спектроскопически, а затем выделил ее из окиси иттрия. Произошло это в 1886 году, а через 20 лет Жорж Урбен получил диспрозий в относительно чистом виде. Среди прочих лантаноидов диспрозий мало чем выделяется. Правда, ему, ка к и гадолинию, при определенных условиях свойствен ферромагнетизм, но то лько при низких температурах. Специалисты видят в диспрозии ценный комп онент сплавов со специальными магнитными свойствами. Для атомной энергетики диспрозий представляет ограниченный интерес, поскольку сечение захвата тепловых нейтронов у него достаточно велико ( больше 1000 барн) по сравнению с бором или кадмием, на много меньше, чем у неко торых других лантаноидов - гадолиния,самария... Правда, диспрозий более ту гоплавок, чем они, и это в какой-то мере уравнивает шансы. ГОЛЬМИЙ. На VII Менделеевском съезде (1958 го д) выступил известный немецкий ученый, один из первооткрывателей рения, Вальтер Ноддак. Но не рению был посвящен его доклад. "Техническое разделе ние и получение в чистом виде редкоземельных элементов семейства иттри я" - так была сформулирована тема. Ноддак кассказал, в частности, что ему пр ишлось проделать 10 000 фракциональных кристализаций для того, чтобы выдели ть 10 миллиграммов чистой окиси гольмия... Сейчас методами жидкостной экст ракции и ионного обмена получают сотни килограммов окиси гольмия чисто той более 99,99 %. Для соединений элемента N67, элемента рассеяного и редкого, характерна же лтая окраска различных оттенков. Пока эти соединения используют только в исследовательских целях. Гальмий - идеальный парамагнетик, но подобные магнитные свойства у бол ьшинства редкоземельных элементов. Моноизотопность природного гольмия (весь он состоит из атомов с массов ым числом 165) тоже не делает элемент N67 уникальным. Установленно, что соедин ения гольмия можно использовать в качестве катализаторов, но и другим ла нтаноидом свойственна каталитическая активность... Таким образом, получ ается, что пока элемент N67 "не нашел своего лица"... Как считают юольшинство историков науки, гольмий открыт шведским хими ким Т. П. Клеве в 1879 году. Клеве, продолжая разделять компоненты окиси иттри я, выделил из окиси эрбия аналогичные соединения иттербия, тулия и гольм ия. Правла, в те же годы (1878-1879) швейцарец Сорэ исследовал спектры эрбиевой зе мли и обнаружил раздвоение некоторых спектральных линий. Он обозначил н овый элемент индексом Х; теперь известно, что найденные им новые линии пр инадлежат гольмию. Название элементу N67 дал Клеве: Holmia - так пишется по латын и старинное название Стокгольма. ЭРБИЙ. Окись эрбия Карл Мозандер выд елил из иттриевой земли в 1843 году. Впоследствии эта розовая окись стала ис точником, из которого "почерпнули" еще два новых редкоземельных элемента - иттербий и тулий. Кроме розовой окраски большинства соединений, в том числе окиси Er 2 O 3 , эрб ий почти ничем не отличается от прочих лантаноидов иттриевой подгруппы. Пожалуй, лишь несколько большие прочность и твердость выделяют этот эле мент среди других лантаноидов. Вместе с лютецием и тулием эрбий принадлежит к числу самых тяжелых лан таноидов - его плотность больше 9 г/см 3 . Основная область применения эрбия сегодня - это изготовление сортовог о окрашенного стекла. Кроме того, стекла, в составе которых есть эрбий, отл ично поглощяют инфракрасные лучи. В числе потенциальных областей применения элемента N68 атомная энергет ика (регулирующие стержни), светотехника(активатор фосфоров), производст во ферритов и магнитных сплавов, лазеры. Здесь уже используют окись эрби я с примесью тулия. ТУЛИЙ. Thule - так во время римской импери и называли Скандинавию - север Европы. Тулием назвали элемент, открытый Т. П. Клеве в 1879 году. Сначала Клеве нашел новые спектральные линии, он же перв ым выделил из гадолинита бледно-зеленую окись элемента N69. По данным академика А. П. Виноградова, тулий - самый редкий (если не считат ь прометия) из всех редкоземельных элементов. Содержание его в земной ко ре 8*10 -5 %. По тугоплавкости тулий второй среди лантаноидов: температура его плавления 1550-1600 °С (в разных справочник ах приводятся разные величины; дело, видимо, в неодинаковой чистоте обра зцов). Лишь лютецию уступает он и по температуре кипения. Несмотря на минимальную распространенность, тулий нашел практическо е применение раньше, чеммногие более распространенные лантаноиды. Изве стно, например, что микропримеси тулия вводят в полупроводниковые матер иалы (в частности, в арсенид галлия) и в материалы для лазеров. Но, как это ни странно, важнее, чем природный стабильный тулий (изотоп 169 Tm), для нас оказал ся радиоактивный тулий-170. Тулий-170 образуется в атомных реакторах при облучении нейтронами приро дного тулия. Этот изотоп с периодом полураспада 129 дней излучает сравните льно мягкие гамма-лучи с энергией 84 Кэв. На основе этого изотопа были созданы компактные рентгено-просвечиваю щие установки, имеющие массу преимуществ перед обычными рентгеновск ими аппаратами. В отличии от них тулиевые аппараты не ну ждаются в электропитании, они намного компактнее, легче, проще по констр укции. Миниатюрные тулиевые приборы пригодны для рентгенодиагностики в тех тканях и органах, которые трудно, а порой невозможно, просвечивать о бычными рентгеновскими аппаратами. Гамма-лучи тулия просвечивают не только живые ткани, но и металл. Тулиев ые гамма-дефектоскопы очень удобны для просвечивания тонкостенных дет алей и сварных швов. При работе с образцами толщиной не более 6 мм эти дефе ктоскопы наиболее чувствительны. С помощью тулия-170 были обнаруженны сов ершенно незаметные письмена и символические знаки на бронзовой прокла дке ассирииского шлема 9 века до н. э. Препараты тулия-170 используют также в приборах, называемых мутномерами. Этими приборами определяют количество взвешенных частиц в жидкости по рассеянию в ней гамма-лучей. Такие приборы используют при строительстве гидротехнических сооружений. Для тулиевых приборов характерны компактность, надежность, быстродей ствие. Единственный их недостаток - сравнительно малый период ролураспа да тулия-170. ИТТЕРБИЙ. И снова элемент, о котором поч ти нечего рассказывать. Если шведскому местечку Иттербю повезло в том см ысле, что его название запечатлелось в именах четырех химических элемен тов,то сами эти элементы,исключая иттрий,можно отнести к разряду наимене е интересных. Иттербию, правда, свойственны некоторые отклонения от редк оземельного стандарта. В частности, он способен проявлять валентность 2+, это помогает выделить иттербий. Из всех лантаноидов он больше всего похож на европий: малые атомный объ емы и атомный радиус, пониженные (по сравнению с другими лантаноидами) пл отность и температура плавления - все это свойственно европию и иттерби ю. Зато электропроводность у иттербия почти втрое больше, чем у других ла нтаноидов, включая европий. Окись иттербия и его соли белого цвета. Практическое применение этого элемента ограниченно некоторыми специ альными сплавами, в основном на алюминиевой основе. Кроме того, смесь оки слов иттербия и иттрия добавляют в огнеупоры на основе двуокиси циркони я. Такая добавка стабилизирует свойства огнеупоров. ЛЮТЕЦИЙ. Новая редкоземельная окись л ютеция выделена Жоржем Урбеном в 1907 году из иттербиевой земли. Название н ового элемента Урбен произвел от старинного латинского названия столи цы Франции Парижа (видимо, в противовес гольмию). Приоритет Урбена оспаривал Ауэр фон Вельсбах, который открыл элемент N71 несколькими месяцами позже и назвал его кассиопеем. В 1914 году Междунаро дная комиссия по атомным весам вынесла решение именовать элемент все-та ки лютецием, но еще много лет в литературе, особенно немецкой, фигурирова ло название "кассиопей". Лютеций - последний лантаноид, самый тяжелый (плотность 9,849 г/см 3 ), самый тугоплавкий (температура плавлени я 1700 50 °С), самый, пож алуй, труднодоступный и один из самых дорогих. В полном соответствии с пр авилом лантаноидного сжатия атом лютеция имеет наименьший среди всех л антаноидов объем, а ион Lu 3+ - минимальн ый радиус, всего 0,99 . По остальным же характеристикам и свойствам лютеций мало отлича ется от других лантаноидов. Природный лютеций состоит всего из двух изотопов - стабильного лютеция -175 (97,412 %) и бета-активного лютеция-176 (2.588 %) с периодом полураспада 20 миллиардов ле т. Так что за время существования нашей планеты количество лютеция слегк а уменьшилось. Искусственным путем получены еще несколько радиоизотоп ов лютеция с периодом полураспада от 22 минут до 500 дней. Последний изотоп лю теция получен в 1968 году в Дубне. Практического значения элемент N71 пока не имеет. Известно, однако, что до бавка лютеция положительно влияет на свойства хрома.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Раньше в моей квартире происходили странные вещи: билась посуда, двигалась мебель, по ночам раздавались ужасные крики. А потом я развёлся... И всё прошло.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru