Скандий, иттрий, лантаноидтар және актиноидтар

Оңтүстік Қазақстан обылысы
Шардара ауданы
№ 16 колледж
Орындаған: Тұ-43 топ студенті Елубай Гулмира Мұхтарқызы
Жетекшісі: Айтенова Нұргул Ыдырысқызы

Периодтық жүйенің үшінші тобында, алтыншы топшада “сирек және элементтер”(лантаноидтар) орналасады. Сирек және элементтерге – лантаннан (57) лютецийге (71) дейін 14 элемент жатады.

Бұл элементтер иттрийдің (V период) және скандийдің (IVпериод) аналогтары, сонтықтан кейде скандий топшасының элементтері деп аталады.

Скандийдің 1879 жылы Нильсен ашты (Швеция, Скандинавия), бұл элементті  Д.И.Менделеев 1869 жылы болжап айтты, оны “эка-бор” деп атады.

Элементтер электрондық құрылысына байланысты тұрақты үш валентті.

Элементтердің химиялық қасиеттері бір-біріне өте жақын. Бұл қасиеттердің жақындығы электрондық құрылысына байланысты. Элементтердің зарядтары және электрондарының саны өскен сайын электрондар сырттан үшінші электрондық қабатына 4f орналасады. Сондықтан бұл элементтер табиғатта бірге кездеседі, оларды бөлек қосылыстар түрінде және бір–бірінен бөлу күрделі мәселе.

Элементтердің ашылу тарихы өте қызықты және күрделі.

Торийді 1828 жылы Берцелиус Норвегиядағы минералда ашты. Скандинав құдайы Тор құрметіне жаңа элементті “торий” деп атады, ал минералды-торит деді.

30-жылдары Нильс Бор теориялық есептер бойынша лантаноидтарға ұқсас, сонымен қатар бір топ элементтер туралы пікір айтты. Бұл топ элементтер лантанның аналогы актинийден басталған соң оларды «актиноидтар» деп атады. Сонымен актиноидтарға келесі элементтер жатады; актиний, торий, протактиний, уран, нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий, лоуренсий.

Сонымен актиноидтар лантаноидтардың аналогы, осыған байланысты актиноидтардың  арасында торий церийдің аналогы болып табылады.

Сирек-жер элементтердің (СЖЭ) ашылуы және бөлінуі

Жыл	Кім бөлді	Қай заттардан	Элементтердің аталуы және аталу себебі
1794	Гадолин	Иттербий деген жердегі (Швеция) минералдан; соңында минерал гадолинит деп аталады.	Оксидтердің қоспасы. 1797 жылы Экеберг бұл қоспаны “Иттрий жерлері” деп атады
1803	Клапрот, онымен бірге Берцелиус	Бастнед (Швеция) деген рудникте ”қара тастан”	“Церит жерлері” 1801 жылы  жаңа ашылған планета Церера қүрметіне
1814	Берцелиус	Церит жерлерінен	Церий
1828	Велер	Иттрий жерлерінен	Иттрий
1839	Мозандер	Церит жерлерінен	Лантан (грекше”жасырын”)
1843	Мозандер	Иттрий жерлерінен	Тербий және эрбий ”Иттербийден”
1878	Мариньяк	Эрбийден	Иттербий
1879	Нильсен	Эрбийден	Скандий-Скандинавия құрметіне
1879	Лекок де Буабодран	Церит жерлерінен Самарский деген  минералдан бөлінген, минерал Уралда табылған	Самарий-минералға байланысты
1879	Клеве	Эрбийден	Тулий-Туле деген жердің (Скандинавия) құрметіне. Гольмий - “Гольмия” Стокгольмның ескі аты
1880	Мариньяк	“Дидиледен”, ол церит жерлерінен бөлінен	Гадолиний финн химигі Х.О.Гадолин құрметіне
1885	Ауер фон Веьсбах	“Дидиледен” (егіз) (ескі оксидтердің қоспасы)	Празеодим - көк егіз, неодим - жаңа егіз
1886	Лекок де Буабодран	Гольмийден	Диспрозий (грекше “қолайсыз”)
1896	Демарсей	Самарийден	Европий
1907	Урбен,онымен бірге Ауер фон Вельсбах	Иттербийден	Лютеций - Париж ескілікте
1947	Маринский және Гленденин	Уранның өнімдерінен	Прометей - грек мифологиясындағы Прометейдің құрметіне

Физикалық және химиялық қасиеттері

Скандий иттрий, лантан және лантаноидтардың электрондық құрылысы кестеде келтірілген.

Элементтердің электрондық құрылысынан  5d-электрондар тек қана үш лантаноидтар: лантан, гадолиний, лютецийде бар екенін көреміз.  Электрондардың орналасуына байланысты гадолиний лантаноидтардың арасында “орталық” орында тұрып, оларды екі топқа бөледі;әр топқа 6 элемент кіреді,олардың құрамында 5d электрондар жоқ. Гадолиний лантаноидтарды екі топқа бөлетінін басқа мәләметтерден көруге болады. Мысалы, үш валентті ионның радиусы элементтің реттік нөмірімен байланысты.

Скандий иттрий, лантан және лантаноидтардың электрондық құрылысы

Реттік нөмірі	Элемент	K( 1 )	L( 2 )	M( 3 )	N(4) spdf	O(5) spd	P(6) s
21	Cкандий	2	8	9	2 6
39	Иттрий	2	8	18	2 6 1	2
57	Лантан	2	8	18	2 6 10	2  6 1
58	Церий	2	8	18	2 6 10 2	2 6	2
59	Праздеодим	2	8	18	2 6 10 3	2 6	2
60	Неодим	2	8	18	2 6 10 4	2 6	2
61	Прометий	2	8	18	2 6 10 5	2 6	2
62	Самарий	2	8	18	2 6 10 6	2 6	2
63	Европий	2	8	18	2 6 10 7	2 6	2
64	Гадолиний	2	8	18	2 6 10 7	2 6 1	2
65	Тербий	2	8	18	2 6 10 9	2 6	2
66	Диспрозий	2	8	18	2 6 10 10	2 6	2
67	Гольми	2	8	18	2 6 10 11	2 6	2
68	Эрбий	2	8	18	2 6 10 12	2 6	2
69	Тулий	2	8	18	2 6 10 13	2 6	2
70	Иттербий	2	8	18	2 6 10 14	2 6	2
71	Лютеций	2	8	18	2 6 10 14	2 6 1	2

Лантаноидтардың валенттілігі негізінде үшке тең, бірақ кейбір элементтер электрондық құрылысына байланысты төрт және екі валентті болуы мүмкін.Осы ауыспалы валенттілік жоғарыда айтылған элементтердің периодтығына сәйкес келеді. Гадолиний сонымен қатар элементтерді екі топқа бөледі: әр топта жеті элемент, топтарда ең артта жүрген элементтер адолиний мен лютенций үш валентті.

Оксалаттары

Сирек жер элементтердің химиясында және технолоиясында оксалаттардың ерігіштігі де әртүрлі, оладрдың ерігіштігі кенеттен өзгеруі әсіресе аммоний оксалаттарын пайдаланғанда байқалады себебі, кейбір СЖЭ еритін комплексті қосылыстар түзеді.

Лантан оксалатының ерігіштігі бірге тең болып алынған.

Сондықтан торийді басқа СЖЭ оксалаттары түрінде бөледі. Скандий, иттрий, церий, торий және бірнеше басқа лантанойдтардың оксалаттарының судағы ерігіштігі аз, олардың ерігіштігі кристаллизациялық су молекуласының саныныа байланысты. Жалпы иттрий тобы оксалаттарының ерігіштігі церий тобынан жоғарылау.

Лантан оксалаттары минералды қышқыларда ериді, цериц оксалаты  аздап ериді, басқа СЖЭ нің ерігіштігі біртіндеп төмендейді. Осы қасиетті пайдаланып  СЖЭ бөлуге болады. Күшті қышқылдарда  құрамы күрделі қосылыстар түзеді.

Торий оксалатының еріштігі СЖЭ оксалаттарынан жоғары:

Оксалаттары	Аммоний оксалатындағы салыстырмалы ерігіштігі  (1 г аммоний оксалаты  38 г суда) /336/
Торий	2663,0
Иттербий	105,0
Иттрий	11,0
Церий	1,8
Неодим	1,4
Парзеодим	1,7
Лантан	1,0

СЖЭ оксалаттарының термиялық диссоциациясы

Оксалат	Оксалаттағы су молекулаларының саны	Су жоғалтудың басталуы	Аралық ауысулар	Тотыққа ауысуы
Лантан	10	55	55-380, сусыз түрі 380-550, La2O3·CO2	735-800
Церий	10	50	Бірден CeO2-ге ауысу	360
Празеодим	10	40	40-420, сусыз оксалатқа ауысу	420-790
Неодим	10	50	50-445, тура солай	445-735
Самарий	10	45	45-300, тура солай	410-735
Европий	10	60	60-320, тура солай	320-620
Гадолиний	10	45	45-120,6  сулыға ауысу 120-315, сусызға ауысу	375-700
Тербий	10	45	45-100,5 сулыға ауысу 140-265,1 сулыға ауысу 265-435,сусызға ауысу	435-725
Диспрозий	10	45	45-140,4 сулыға ауысу  140-220,2  сулыға ауысу 295-415,, сусызға ауысу	415-745
Гольмий	10	40	40-200,2 сулыға ауысу 240-400,, сусызға ауысу	400-735
Эрбий	6	40	40-175,2 сулыға ауысу 205-395, сусызға ауысу	395-720
Тулий	5	55	55-195,2 сулы тотыққа ауысу	335-730
Иттербий	5	60	60-175,2 сулыға ауысу Тулий сияқты сусыз түрі жоқ	325-735
Лютенций	6	55	55-190, тура солай	315-715
Скандий	6	60	55-185,тура солай	220-635
Иттрий	9	45	45-180,2 сулыға ауысу 260-410,сусызға ауысу	410-735

Ферроцианидтері

СЖЭ тұздары сілті металдарының ферроцианидімен әрекеттескенде әр түрлі қосылыстар түзіледі, олардың құрамы СЖЭ, сілті металдың табиғатына және олардың концентрациясына байланысты.

СЖЭ ферроцианидтерінің ерігіштігі төмен, осы қасиетті аналитикалық жәе технологиялық мақсаттарда пайдаланылады. Мысалы: литий ферроцианидін пайдаланып, скандий мен иттрийді сирек жер элементтерден бөлуне болады, ал егер натрий ферроцианидін қолданса скандий мен иттрийден бөлуге болады. Нашар еритін калий, рубидий, цезий ферроцианидтерін пайдаланып сирке жер элементтерді амперометрлік әдіспен анықтауға болады. Бір валентті талий (сілті металдарға ұқсас) лантанмен және цериймен қос ферроцианидтер түзеді: TILa[Fe(СN₆]·4H₂O және TICe[Fe(СN)₆]·3H₂O, ерігіштіктері 10^-5 моль/л.

Феррицианидтері

СЖЭ Ферри-және Ферроцианидттерінің ерігіштігі, GLN₂O₃ 1л ерітіндіде

Лантаноид	Me Ln[Fe(СN)6]·тұз қышықылында Me =Na	Me=K	n[Fe(СN)6]суда
La	2,564	0,692	5,316
Pr	1,532	0,500	2,342
Nd	1,784	0,686	1,530
Sm	2,418	0,598	0,268
Gd	2,726	0,624	0,136
Dy	3,618	0,535	0,298
Er	3,024	0,842	0,142
Y	3,492	0,842	0,602

Феррицианидтердің жалпы формуласы Ln[Fe(СN)₆]·nH₂O, құрамында төрт молекула су болады. Бұл тұздардың ерігіштігі ферроцианидтермен салыстырғанда жоғарылау. Бірақ кейбір сирек жер элементтерінің ферроцианидтерінің және феррицианидтерінің ерігіштіктерінде айырмашылық бар, соны пайдаланып СЖЭ бір-бірінен бөлуге болады.

Кестеде көрсетілгендей лантан, празеодим және неодимді басқа СЖЭ бөлу үшін феррицианидтерді пайдалануға болады.

Әдебиеттер тізімі:

1. Ферсман А.Е. Редкие металлы. 1932, № 4-5.
2. Сажин Н.П., Меерсон Г.А. Редкие элементы в новой технике // Хим. наука и пром., 1956. Т.І, № 5.
3. Меерсон Г.А. и Зеликман А.Н. Металлургия редких металлов. Метиаллургиздат, 1954.
4. Зеликман А.Н., Самсонов Г.В., Крейн О.Е. Металлургия редких металлов. Металлургиздат, 1954.
5. Тронов В.Г. Вклад русских ученых в химию редких элементов. Изд. Знание, 1952.
6. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах. Изд. АН СССР, 1950.

---

Әлеуметтік желілерде бөлісіңіз: