Навигация
F –элементы в природе и их применение
20922
знака
2
таблицы
1
изображение
3. f –элементы в природе и их применение.
В природе лантаноиды очень рассеяны и в свободном виде не встречаются, а лишь в; сочетании друг с другом или с лантаном и иттрием. При отделении рассматриваемых элементов друг от друга большие трудности возникают ввиду чрезвычайного сходства свойств лантаноидов. Содержание лантана и лантаноидов в земной коре составляет 0,01 %' (масс), т. е. примерно такое же, как меди. Наиболее распространены гадолиний, церий и неодим, наиболее редко гольмий, тулий и лютеций.
Очень редко встречается радиоактивный элемент прометий. Впервые он выделен в 1947 г. из продуктов деления урана в ядерном реакторе.
Лантаноиды обычно получают электролизом расплавленных хлоридов или фторидов. Они могут быть также получены металлотермическим способом при восстановлении фторидов или хлоридов активными металлами.
Лантаноиды используют в производстве особых марок чугуна и высококачественных сталей. Введение, этих элементов в чугун в виде ферроцерия (сплав церия с железом) или сплава различных лантаноидов повышает прочность чугуна. Небольшие добавки лантаноидов к стали очищают ее от серы, азота и других примесей, так как лантаноиды, являясь химически активными металлами, взаимодействуют с примесями. При этом повышаются прочность, жаропрочность и коррозионная устойчивость сталей. Такие стали пригодны для изготовления деталей сверхзвуковых самолетов, оболочек искусственных спутников Земли. С помощью лантаноидов получают также жаропрочные сплавы легких металлов —магния и алюминия. Благодаря сплавам лантаноидов проводят металлотермическое восстановление многих металлов (титана, ванадия, циркония, ниобия, тантала и др.), используя в этом процессе большое сродство лантаноидов к кислороду.
Важную роль играют лантаноиды и в силикатной промышленности. При добавлении к жидкой массе стекла оксидов лантаноидов стекло приобретает высокую прозрачность. Оно становится при этом устойчивым не только к действию ультрафиолетовых лучей, но и к рентгеновскому излучению. Стекла с добавкой лантаноидов необходимы для астрономических и спектроскопических приборов. Стекла окрашиваются в ярко-красный цвет от присутствия Nd203, в зеленый — от Рr203. Оксиды лантаноидов пригодны также для окраски фарфора, глазурей и эмалей.
Оксиды гадолиния, самария и европия входят в состав защитных керамических покрытий от тепловых нейтронов в ядерных реакторах. Соединения лантаноидов входят в состав красок, лаков, люминофоров (светящиеся составы), катализаторов.
Все актиноиды радиоактивны. За период существования Земли большинство из них полностью распалось и в настоящее время в природе не встречаются. Поэтому их получают искусственно. Существование в природе тория, протактиния и урана объясняется тем, что они имеют сравнительно стабильные изотопы, т.е. изотопы с большим периодом полураспада.
Промышленным источником тория служат монацитовые пески. Они также являются сырьем для получения редкоземельных элементов. Известны богатые по содержанию минералы торит ThSi04 и торианит (Th,U)02. Однако они редко встречаются в природе и не образуют больших скоплений.
Протактиний чрезвычайно рассеянный элемент. Его добывают из отходов переработки урана. Однако в настоящее время изотоп протактиния-231 синтезируют искусственным путем в ядерных реакторах. Таким способом его получают в больших количествах, чем из уранового сырья.
Для урана известно около 200 минералов. Однако промышленное значение имеют лишь немногие. К их числу относится минерал настуран (урановая смолка, или урановая обманка). Обычно ему приписывают формулу U3O8. Довольно широко распространен также минерал отэнтит - Ca(U02)2(P04)2•H20. В ничтожных количествах в природе также встречаются нептуний и плутоний. Однако их существование объясняется тем, что в природе происходят ядерные процессы, подобные тем, которые человек производит в ядерных реакторах.
В настоящее время в различных странах мира существует хорошо налаженное производство актиноидных металлов в следующих масштабах (за один год):
Нептуний Десятки килограм- Калифор- Доли грамма
мов ний
Плутоний Тонны Эйнштей- Доли миллиграмма
Америций Десятки килограм- ний
мов Фермий Миллиарды атомов
Кюрий Килограммы Менделевий Тысячи атомов
Берклий Дециграммы
Из актиноидов наибольшее применение нашли уран и плутоний. Дело в том, что ядра двух изотопов урана (235U и 233U), а также двух изотопов плутония (239Рu и 241Рu) при захвате нейтрона способны делиться на два осколка, причем в каждом акте ядерного деления, наряду с осколками, делящееся ядро испускает два или три нейтрона. Благодаря этому становится возможным не только продолжение начавшегося деления ядер, но и лавинообразное его нарастание (рис. 1).
Деление ядер связано с огромным выделением энергии. Так, при делении урана-235 происходит выделение около 75 млн. кДж энергии на 1 г урана. Это обусловило использование урана и плутония в качестве ядерного горючего в атомных энергетических установках и в качестве взрывчатого вещества в атомных бомбах.
Для взрыва ядерного материала необходимо такое развитие цепного процесса, при котором выделившаяся энергия достигнет взрывного порога. Это может быть обеспечено при определенной массе делящегося вещества. Минимальную массу этого вещества, необходимую для взрыва, называют критической. Однако, если два куска делящегося материала, которые в сумме составляют критическую массу, находятся на каком-то расстоянии друг от друга, то взрыва не происходит. Достаточно соединить эти куски и произойдет взрыв. После сказанного будет понятен принцип устройства атомной бомбы (рис. 2): запал 4 обеспечивает взрыв обычного взрывчатого вещества 1, это приводит в соприкосновение куски ядерного горючего 2, которые вместе составляют критическую массу, и происходит взрыв.
4. Используемая литература.
1. Петров М.М. и др. Неорганическая химия. - Л.: Химия, 1998.
2. Угай Я.А. Неорганическая химия : Учебник для хим. Спец. Вузов. – М.: Высшая школа, 1989.
3. Карапетьянц М.Х. , Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. Учебник для вузов. – М.: Химия,1993.
4. Глинка Н.Л. Общая химия.- Л.: Химия, 1975.
Похожие работы
... , чем выделение из природных источников. 7.ПОЛУЧЕНИЕ. Актинидные металлы высокоэлектроположительны и реагируют с водяным паром, кислородом и, в мелкодисперсном состоянии, с азотом воздуха. Из-за a-активности актинидов для работы с ними необходимы прозрачные боксы с принудительной вентиляцией. Для некоторых тяжелых актинидов необходимы экраны, поглощающие нейтроны, образующиеся при ...
... H2O + Cl2 NaOH + CeO2 = Na2CeO3 + H2O а соединения со степенью окисления II (Eu, Sm, Yb) – восстановительные, причем окисляются даже водой: 2SmCl2 + 2H2O = 2SmOHCl2 + H2 Лантаноиды очень реакционноспособны и легко взаимодействуют со многими элементами периодической системы: в кислороде сгорают при 200–400 °С с образованием Э2O3, а в атмосфере азота при 750–1000 °С образуют ...
... на подгруппы (главную и побочную) основано на различии в заполнении электронами энергетических уровней. Главную подгруппу составляют s- и р-элементы, а побочную подгруппу — d и f-элементы. Например в IV группу Периодической системы элементов входят следующие элементы: Главная подгруппа (подгруппа углерода) Побочная подгруппа (подгруппа титана) C...2s22p2 Ti...3d24s2 Si...3s23p2 ...
... на основе электрофоретической мобильности и высокая специфичность иммунных антисывороток. Лекция 16. Принцип иммунного электрофореза. Иммунофиксация Электрофорез с иммунофиксацией (JFE) - это двухступенчатый процесс, использующий электрофорез протеинов на первом этапе и иммунопреципитацию на втором. При этом исследованию может быть подвергнута сыворотка крови, моча, спинномозговая или ...
0 комментариев