|
|
Отношение к кислотам-неокислителям:Общая характеристика подгруппы скандия Элементы подгруппы скандия каждый в своем периоде являются первыми d-элементами. Однако химия этих элементов скорее напоминает химию s-, а не d-элементов. Это естественно, так как элементы данной подгруппы следуют непосредственно после щелочноземельных металлов и являются переходными между s- и d-элементами, сохраняя много общих признаков с первыми.
Картина изменения свойств атомов в подгруппе такая же, как у щелочных и щелочноземельных металлов: практически монотонно возрастают радиусы атомов и ионов, уменьшаются ионизационные потенциалы, что предопределяет усиление металлических свойств простых веществ. У атомов имеется явное предпочтение к связям с π-донорами. Простые вещества
Это серебристо-белые металлы, по химической активности лишь слегка уступающие щелочным и щелочноземельным металлам. Получают их электролизом расплавов хлоридов или металлотермически (Са). Как и в ряду щелочноземельных металлов, температуры плавления и кипения по подгруппе уменьшаются, величины электродных потенциалов падают. Таким образом, химическая активность по подгруппе растет. Этому способствует и то, что прочность оксидных пленок, покрывающих металлы, уменьшается. Лишь скандий, как и алюминий, покрыт пленкой прочного оксида, а лантан и иттрий, как и щелочные и щелочноземельные металлы, хранят под слоем керосина. Химические свойства: Отношение к простым веществам: Дают продукты стехиометрического состава: Э2О3, ЭГ3, Э2S3, ЭN. С углеродом - ЭС2, Э2С3, ЭС. С водородом - МеН3-х, х=0-1. Мелкораздробленные металлы на воздухе самовоспламеняются. Отношение к воде: С водой иттрий и лантан реагирует при обычных условиях, скандий реагирует хуже, т.к. его гидроксид наименее растворим: La + 3H2O ® La(OH)3 + 3/2H2 Отношение к кислотам-неокислителям: 2Э + 3H2SO4® Э2(SO4)3 + 3H2 При этом образуются аквакомплексы, в которых катионы проявляют разные координационные числа: Sc+3 - 6, Y+3 - 6-8, La+3 - 8-9. Отношение к кислотам-окислителям: 8Э + 30HNO3(разб.) ® 8Э(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O Э + 6HNO3(конц.) ® Э(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O Отношение к щелочам: С расплавами щелочей в присутствии окислителей – только скандий: Sc + O2 + NaOH ® NaScO2 + H2O Получение: Содержатся в оксидных минералах. Скандий — рассеянный, но не редкий элемент. Единственный богатый скандием и редкий минерал тортвейтит Sc2Si2О7. Иттрий и лантан всегда сопутствуют лантанидам, причем иттрий ассоциируется с более тяжелыми лантанидами «иттриевой группы» в таких минералах как ксенотим МIIIРO4, а лантан — с более легкими лантанидами «цериевой группы» в минералах монацит М|IIIРO4 и бастнезит MIIICO3F. Такой характер распространения связан с величинами ионных радиусов иттрия и лантана. Электролиз расплавов хлоридов или Са-термия трифторидов. Особую проблему составляет разделение металлов и лантаноидов, и здесь используют ионообменные методы, которые наряду с селективным комплексообразованием и экстракцией в настоящее время полностью вытеснили более старые методы разделения. Важнейшие соединения
La2O3 + xH2O ® La2O3·xH2O
Sc2O3 + 3K2S2O7 ® Sc2(SO4)3 + 3K2SO4 Sc2O3 + 2KOH ® 2KScO2 + H2O
Гидроксиды - малорастворимые в воде студенистые осадки переменного состава. В ряду оксидов и гидроксидов растворимость в воде, основные свойства усиливаются в связи с уменьшением поляризующего действия. Так, оксид и гидроксид скандия наиболее амфотерен, хотя в растворе кислотных свойств не проявляет, а гидроксид лантана – средней силы основание. Sc2O3·xH2O + NaOH ® не идет Э2O3·xH2O + 3H2SO4 ® Э2(SO4)3 + (х+3)H2O Галогениды элементов подгруппы также похожи на галогениды алюминия. Так, фториды тугоплавки, негигроскопичны, нерастворимы в воде, зато хлориды, бромиды и иодиды гигроскопичны, легко обратимо гидролизуются. В ряду однотипных галогенидов основные свойства усиливаются: например, фторид скандия легко взаимодействует с растворами фторидов щелочных металлов. С фторидами иттрия и тем более лантана подобная реакция возможна лишь в расплавах и только с CsF, RbF. Подобно алюминию, скандий и его аналоги образуют двойные соли типа квасцов М[Э(SO4)2], а также М2+[Э+3(NO3)5], М+[Э+3(CO3)2]. Известны сульфаты и нитраты, которые при нагревании разлагаются до оксидов. ЛАНТАНОИДЫ К лантаноидам относятся 14 элементов, расположенных в периодической системе непосредственно после лантана. У них достраивается 4f-подуровень, то есть общая их электронная формула 4f1-145d0-16s2. 4f- и 5d-подуровни весьма близки по энергии, поэтому единственный d-электрон без труда проваливается на f-подуровень и остается на d-подуровне только в тех случаях, если f-подуровень либо наполовину, либо полностью заполнен. 14 f-элементов принято делить на два подсемейства: церия и тербия. Судя по количеству f-электронов, у атомов очень большие валентные возможности. Однако большинство электронов f-подуровня не могут принимать участие в образовании связей, ведь f-подуровень является кайносимметричным, третьим снаружи и поэтому малодоступным. Обычно с f-подуровня на d-возбуждается один электрон, следовательно, наиболее характерная степень окисления лантаноидов +3 за счет возникающей 5d16s2-электронной конфигурации. Возможны и другие степени окисления. Так, первые f-элементы церий и празеодим из-за особой близости f-подуровня способны проявлять и степень окисления +4, причем для церия она даже более характерна, чем +3. Для европия – атома с наполовину заполненным f-подуровнем, более характерна степень окисления +2. Эта степень окисления, правда, в меньшей мере, чем +3, уже проявляется у самария. Примерно такая же картина наблюдается и в семействе тербия.
Простые вещества
По свойствам лантаноиды весьма напоминают лантан и его аналогов, то есть являются весьма активными, уступающими лишь щелочным и щелочноземельным металлам. На воздухе при нагревании воспламеняются и сгорают, давая смесь оксидов (CeO2, Pr6O11, Tb4O7, остальные – Э2О3) и нитридов (до ЭN). С фтором, хлором реагируют без нагревания (ЭCl3), с прочими галогенами, серой (Э2S3), углеродом, водородом – при нагревании. В водных средах эти металлы также очень активны. В ряду напряжений они стоят далеко до водорода и имеют j0 от –2,48 у церия до –2,25 у лютеция (при этом j0 неуклонно уменьшается по абсолютной величине), поэтому легко взаимодействуют не только с кислотами, но и водой (особенно горячей и в присутствии кислорода). Металлы устойчивы к воздействию HF и H3PO4 благодаря образованию на поверхности нерастворимых фторидов и фосфатов.
Отношение к простым веществам: Дают продукты стехиометрического состава: CeO2, Pr6O11, Tb4O7, остальные – Э2О3, ЭГ3, Э2S3, ЭN. С углеродом - ЭС2, Э2С3, ЭС. С водородом - МеН3-х, х=0-1. Мелкораздробленные металлы на воздухе самовоспламеняются. Отношение к воде: Э + 3H2O ® Э(OH)3 + 3/2H2 Отношение к кислотам-неокислителям: 2Э + 3H2SO4® Э2(SO4)3 + 3H2 При этом образуются аквакомплексы, в которых катионы проявляют разные координационные числа: 6-9. 
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|
Электронная формула атомов подгруппы (n-1)d1ns2np0. Из-за близости энергий d- и s-подуровней элементы проявляют исключительно степень окисления +3.
Оксиды - тугоплавкие белые кристаллические вещества с очень низкими DHобр. и высокими температурами плавления, близкими к таковым оксида алюминия. Они имеют собственную структуру, не похожую на структуру корунда, и родственную флюориту. Получить их можно либо прямым путем (хотя, конечно, так их не получают), либо разложением гидроксидов или солей (карбонатов, нитратов). В оксидах ухудшаются объемные отношения, поэтому их растворимость в воде растет и заметно улучшается реакционная способность. Стремлением к улучшению объемных отношений можно объяснить способность оксидов иттрия и в особенности лантана поглощать из воздуха углекислый газ. Оксид скандия как наименее реакционноспособный из обсуждаемых оксидов наиболее надежно вступает в реакции в расплавах, проявляя при этом основные свойства с признаками амфотерности. Оксиды иттрия и лантана основны и способны проявлять свои свойства в растворах.
La2O3 + 3CO2 ® La2(CO3)3 
Э2O3 + 3H2SO4 ® Э2(SO4)3 + 3H2
Лантаноиды совместно с иттрием, лантаном и иногда скандием за сходство свойств простых веществ и многих соединений объединяют в одно семейство – РЗЭ. Существенные отличия большинства лантаноидов от иттрия и лантана проявляется в цвете, магнитных свойствах, устойчивости различных степеней окисления. Так, большинство соединений лантаноидов окрашены, что определяется возможностью f-f-переходов. Неокрашены только соединения лантаноидов с наполовину и полностью заполненным f-подуровнем.
Они представляют собой тугоплавкие серебристо-белые металлы. Их температуры плавления лежат в интервале 800-16000С и изменяются немонотонно. По подсемействам температуры плавления в целом возрастают, но при переходе к европию и иттребию резко (на несколько сотен градусов) уменьшаются (слайд 15.8). Причина столь аномально низких температур плавления – аномально высокие радиусы атомов. В ряду лантаноидов металлические радиусы атомов в целом слабо уменьшаются, но при этом у европия и иттербия они аномально велики. Подобная аномалия наблюдалась у марганца (электронная конфигурация 3d54s2), здесь тоже она наблюдается у атомов с наполовину и полностью заполненным f-подуровнем.