Лантаноиды

ЛАНТАНОИДЫ
Игнатов Николай Х-41
свойство
Sc
Y
La
Порядковый
21
39
57
номер
Электронная
[Ar]3d14s2[Kr]4d15s2 [Xe]5d16s2
конфигурация
Электроотри1,2
цательность
1,3
1,1
Металлический радиус,
162
180
187
пм (КЧ 12)
Ионный
радиус, пм (КЧ 6)
(M3+ + 3e- = M), В
103,2
Ac
89
[Rn]6d17s2
1,1
-
74,5
90,0
112
-2,03
-2,37
-2,37
-2,6
Т-ра плавления, С
1539
1530
920
817
Т-ра кипения, С
2748
3264
3420
2470
3,0
4,5
Плотность, г/см3
(20 С)
6,17
-
ЦЕРИЕВАЯ ПОДГРУППА
ИТТРИЕВАЯ ПОДГРУППА
+IV
+III
+II
Z
Лантаноидное сжатие
t, °C
Т-ра кип.
Т-ра пл.
d, г/см3
Z
Некоторые физико-химические свойства лантаноидов
Электр. La Ce
конфиг. 57 58
4f0 и 4f14
4f1 и 4f13
4f2 и 4f12
4f3 и 4f11
4f4 и 4f10
4f5 и 4f9
4f6 и 4f8
4f7
Pr Nd Pm Sm Eu Gd
59 60 61 62 63 64
Tb Dy Ho
65 66 67
Er Tm Yb
68 69 70
Lu
71
МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА LnIII (эфф, B)
Электр. La Ce
конфиг. 57 58
4f0 и 4f14
4f1 и 4f13
4f2 и 4f12
4f3 и 4f11
4f4 и 4f10
4f5 и 4f9
4f6 и 4f8
4f7
Pr Nd Pm Sm Eu Gd
59 60 61 62 63 64
Tb
65
Dy
66
Ho
67
Er Tm Yb
68 69 70
Lu
71
0
0
2,54
4,54
3,58
7,56
3,62
9,58
10,60
2,68
0,85
10,65
0
9,72
7,94
эфф, B
эфф
B
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ПРОСТЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ
LnC2 ScC, CeC,
Ln3C, Ln3C2
ЭHn
Ln(OH)3↓+H2
CeO2
С
O2
Э
Э2O3
Pr6O11
Tb4O7
ЭN
LnCl3+H2
S
Э2S3
ЭCl3
РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ ОКСИДОВ
Э(OH)3
Э(NO3)3
Э2O3
Э2 (SO4)3
ЭСl3
2CeO2 + 8HCl(конц) = 2CeCl3 + Cl2 + 4H2O
CeO2 + 2H2SO4(конц) = Ce(SO4)2 + 2H2O
4CeO2 + 6H2SO4(разб) = 2Ce2(SO4)3 + O2 + 6H2O
[Sc(H2O)6]3+ + H2O  [Sc(H2O)5(OH)]2+ + H3O+
[Ln(H2O)n]3+ + H2O  [Ln(H2O)(n-1)(OH)]2+ + H3O+
Ln
Sc
Y
La
Ce
Pr
Nd
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
pK
4,6
9,1
10,7
9,0
8,0
7,9
7,8
7,8
7,8
7,6
7,6
7,5
7,5
7,4
7,4
7,3
Галогениды
Полигалогениды
Ln(OH)3
Sc
Y
La
Lu
pПР
27,06
24,5
22,44
26,00
Sc(OH)3 + 3OH- = [Sc(OH)6]3Sc(OH)3.nH2O + (NH4)2CO3  (NH4)[Sc(CO3)2].2H2O
Ln2(C2O4)3 .1OH2O
t
Ln2O3
Sc2(C2O4)3 + C2O42- = 2[Sc(C2O4)2]-
РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ КОМПЛЕКСАМИ
ЛАНТАНОИДОВ
И ТИПИЧНЫХ d-ЭЛЕМЕНТОВ
Ионы лантаноидов
ионный радиус
КЧ
106 - 85 пм
6,7,8,9,12
ионы d-элементов
75 - 60 пм
4-6
Связь M-L
M(4f)-L cлабое вз-е
M(3d)-L сильное вз-е
cила связи
F->OH->H2O>NO3->Cl-
CN->NH3>H2O>OH->F-
Комплексы
в растворе
быстрый обмен
лигандов
медленный обмен
лигандов
ЭНТАЛЬПИИ ГИДРАТАЦИИ КАТИОНОВ ЛАНТАНОИДОВ
Hг, кДж/моль
-3300
-3400
-3500
-3600
-3700
-3800
La
Gd
Lu
КОНСТАНТЫ ОБРАЗОВАНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ ЛАНТАНОИДОВ
- ЭДТА
- НТА (нитрилотриуксусная к-та)
Na[La(H2O)3(ЭДТА)].5H2O
Разделение лантаноидов
1)
2)
Ln2(SO4)3 . M2SO4 . nH2O
Ln=La-Sm
Ln=Eu-Dy
Ln=Ho-Lu, Y
Растворимость:
плохая
Растворимость:
средняя
Растворимость:
хорошая
Экстракция нитратов лантаноидов трибутилфосфатом из
подкисленных растворов. Экстракционная способность
возрастает от лантана к лютецию.
3)
Ионообменная хроматография (сорбция на катионитах,
элюирование растворами комплексонов и оксикарбоновых кислот
(лимонной). Первым вымывается наиболее крупный и наименее прочно
связанный с катионитом аквакатион лютеция(III).
СLn(отн.)
Lu
500 1000 1500 2000
, мин
Хроматографическое разделение лантаноидов (элюент
– раствор лимонной кислоты). Зависимость концентрации лантаноидов
от времени элюирования
КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Области применения:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Атомная энергетика
В качестве катализаторов
Кремни для зажигалок
Керамики и стекла
Металлургия
Люминофоры
Лазеры
Магнитные материалы
Электроника
Полирующие материалы