Общая характеристика d-элементов II группы, получение и свойства. Оксиды, гидроксиды, соли – свойства, получения. Применение лантаноидов и их соединений

Основные способы получения металлов

1) пирометаллургия - выплавка металлов при высоких температурах. Основная реакция пирометаллургических процессов заключается либо в непосредственном восстановлении:

HgS + O2 =Hg + SO2,

либо в предварительном окислении сульфидных руд и дальнейшем восстановлении в отсутствие кислорода:

2ZnS + 3O₂ =2ZnO + 2SO₂

Zn + C = Zn + CO

2) гидрометаллургия - перевод руд в водные растворы с помощью кислот, щелочей, солей и дальнейшее восстановление металлов электролизом или более активными металлами.

Медь, цинк и кадмий в раствор переводят, как правило, серной кислотой:

MeO + H2SO4 = MeSO4 + H2.

Физические свойства

Все d-элементы являются металлами. Большинство из них имеет характерный металлический блеск. По сравнению с s-металлами их прочность в целом значительно выше. В частности, для них характерны следующие свойства:

высокий предел прочности на разрыв (они могут выдерживать большие нагрузки на растяжение, не подвергаясь разрыву);

тягучесть (их можно протягивать через узкие отверстия, получая проволоку); ковкость (их можно расплющивать ударами в листы).

Большинство d-элементов кристаллизуется не в одной, а в нескольких формах.

Характеризуются высокими температурами плавления и кипения, более высокой плотностью по сравнению с другими металлами.

d-Элементы и их соединения обладают целым рядом характерных химических свойств: образование соединений внедрения; переменные состояния окисления; парамагнетизм; способность к образованию комплексных ионов; образование окрашенных соединений; способность катализировать реакции (каталитическая активность).

К лантаноидам относятся: церий Ce, празеодим Pr, неодим Nb,

прометий Pm, самарий Sm, европий Eu, гадолиний Gd, тербий Tb, дис-прозий Dy, гольмий Ho, эрбий Er, тулий Tm, иттербий Yb и лютеций Lu.

Оксиды РЗМ являются самыми прочными кислородными соедине­ниями. Они характеризуются отрицательными значениями энтальпий и энергий образования по модулю большими, чем для оксида алюминия

Оксиды лантаноидов - в большинстве бесцветные, тугоплавкие и труднорастворимые в воде вещества.

Реакция взаимодействия их с водой сопровождается выделением тепла и образованием труднорастворимых гидроксидов 3(OH)₃. Полу­чают оксиды прокаливанием соответствующих гидроксидов, нитратов и карбонатов.

Гидроксиды получают действием растворов щелочей на раствори­мые в воде соли. В ряду лантаноидов основные свойства гидроксидов ос­лабевают с уменьшением радиусов ионов Э³+ (в результате лантаноидного сжатия). С уменьшением радиусов увеличивается поляризующая способ­ность ионов, что приводит к упрочнению связи 3 - О и ослаблению связи О - Н. Поэтому гидроксиды иттербия и лютеция уже проявляют слабую амфотерность.

В ряду гидроксидов Ce(III) - Lu (III) падает термическая устойчи­вость и уменьшается растворимость.

Из солей лантаноидов (III) в воде растворимы хлориды 3C /₃, нитра­ты Э(NO₃)₃, сульфаты 3₂(SO₄)₃, малорастворимы фториды 3 F 3, карбона­ты 3₂(CO₃)₃, фосфаты.

Галогениды лантаноидов (III) тугоплавки и труднолетучи.

Приминение

Редкоземельные металлы и их соединения находят широкое приме­нение. В металлургии они применяются как легирующие добавки для улучшения механических свойств сплавов. Лантаноиды и их соединения используют в качестве катализаторов в органических и неорганических синтезах, а также в качестве материалов в радио- и электротехнике, в атомной энергетике. Лантаноиды входят в состав многих лазерных мате­риалов.