Лантаноиды. Лантан

1. Лантаноиды

Выполнил студент группы Т-10415
Мецелис И.В

2. Лантано́иды

(лантани́ды) — семейство, состоящее из 15
химических элементов III группы 6-го периода периодической
таблицы —металлов, с атомными номерами 57—71
(от лантана до лютеция). Все представители семейства имеют
стабильные изотопы, кроме прометия.
Скандий, иттрий и лантаноиды относятся к
группе редкоземельных элементов (сокр. РЗЭ) и часто
рассматриваются в этом контексте, однако распространенность
отдельных элементов показывает, что редкими они не являются. В
научных материалах для обозначения лантаноидов применяют
вышеуказанный термин, включая в него иттрий и скандий, или по
отдельности.
Запись Ln используется для указания на все или некоторые
металлы, ионы, степени окисления, при записи химических
формул и пр.

3. История Лантаноидов

Очень много недоразумений, связанных с лантаноидами, в
употреблении терминологии. Название «редкая земля»
первоначально применялось для описания почти всех
неизученных, неизвестных природных оксидов, и вплоть до
1920 г. к ним относили даже ThO2 и ZrO2. Примерно в то же
время термин начали использовать для обозначения самих
элементов, а также группы элементов, которые с большим
трудом можно было отделить друг от друга.
Изначальное разделение элементов на цериевую («легкие
земли»; La—Eu) и иттриевую («тяжелые земли»; Gd—Lu)
группы основывалось на различии в растворимости
двойных сульфатов, образованных лантаноидами, с
сульфатами натрия или калия. В дальнейшем была
установлена периодичность изменений свойств в группе,
соответствовавшей их разделению на две подгруппы.

4.

Примечателен тот факт, что термины «редкоземельные металлы» и
«щелочноземельные металлы» — до сих пор использующиеся в химии —
происходят от существительного слова «земля», бывшего в употреблении
у алхимиков , ятрохимиков и ранних флогистонистов в качестве основного
указания на огнестойкость, нерастворимость осадков, образованных после горения
или других глубинных химических взаимодействий в субстанциях. Только после
1750-х гг. химики начали понимать, что кремниевая земля, алюминиевая земля
,тальк, известь — все они являются разными землями, если судить по химическим
свойствам. В 1779 г. к ним добавилась бариевая земля, которую К. В. Шееле выделил
из извести. А. Л. Лавуазье все пять земель в 1789 г. включил в свой список из 33
элементов, сделав примечание: они могут являться оксидами металлов с большим
похождением на связь с кислородом, чем углеродом. Это и побудило многих
химиков в начале XIX века восстанавливать известные земли и искать новые. Среди
новых шести земель: циркониевой, стронциевой , бериллиевой и ториевой были
открыты иттриевая и цериевая . Открытие последней определило разницу между
землями и обычными оксидами металлов, а в 1808 г. после того, как Г.
Дэви восстановил электролизом щелочные земли до щелочноземельных
металлов — кальция, бария, стронция и магния, — большинству химиков стало
понятно, что истинные земли есть ни что иное, как оксиды металлов.

5.

6. Лантан

Ланта́н — химический элемент побочной
подгруппы третьей группы шестого
периода периодической системы химических
элементов Д. И. Менделеева, с атомным
номером 57, атомная масса — 138,9055.
Обозначается
символом La (лат. Lanthanum).Простое
вещество лантан (CAS-номер: 7439-91-0) —
блестящий металл серебристо-белого цвета,
относится кредкоземельным элементам.

7. История Лантана

Лантан как химический элемент не удавалось открыть
на протяжении 36 лет. В 1803 г. 24-летний шведский
химик Йёнс Якоб Берцелиус исследовал минерал,
известный теперь под названием церита. В этом
минерале была обнаружена иттриевая земля и ещё
одна редкая земля, очень похожая на иттриевую. Её
назвали цериевой. В 1826 г. Карл Мозандер исследовал
цериевую землю и заключил, что она неоднородна, что
в ней, помимо церия, содержится ещё один новый
элемент. Доказать сложность цериевой земли
Мозандеру удалось лишь в 1839 г. Он сумел выделить
новый элемент, когда в его распоряжении оказалось
большее количество церита.

8. Лантан

9. Лютеций история открытия

Элемент в виде оксида в 1907 году независимо друг
от друга открыли французский химик Жорж Урбэн,
австрийский минералог Карл Ауэр фон Вельсбах и
американский химик Чарльз Джеймс. Все они
обнаружили лютеций в виде примеси к
оксиду иттербия, который, в свою очередь, был
открыт в 1878 г. как примесь к оксиду эрбия,
выделенному в 1843 г. из оксида иттрия,
обнаруженного в 1797 г. в минерале гадолините.
Все эти редкоземельные элементы имеют очень
близкие химические свойства. Приоритет
открытия принадлежит Ж. Урбэну.

10.

11. Церий история открытия

Назван в честь самой большой из малых
планет, Цереры, в свою очередь названной в честь
римской богини плодородия.
Немецкий химик М. Г. Клапрот, открывший
цериевую землю почти одновременно со своими
шведскими коллегами — В.
Хизингером и Й. Я. Берцелиусом, возражал против
названия «церий», предлагая «церерий».
Берцелиус, однако, отстоял своё название,
ссылаясь на трудности произношения того имени,
которое предлагал новому элементу Клапрот.

12.

13. Лантаноиды нахождение в природе

Лантаноиды достаточно широко распространены в
природе. Их распространение в земной коре составляет
0,015 %. Их общая концентрация приближается по
значениям
распространённости меди, свинца, цинка, олова,золота
, мышьяка, которые не относятся к редким в природе
элементам. На земле нет таких горных пород, в
которых не было хотя бы мизерной примеси церия,
лантана, празеодима, иттрия и т. п. Лантаниды
содержатся в
апатитах, баритах, гранитах, базальтах, пироксенитах, а
ндезитах, глинах, в морской воде и т. д. Кроме того, их
присутствие выявлено так же в каменном угле, нефти, в
разных грунтах, животных и растениях.

14.

Тем не менее, лантаноиды все же довольно рассеянные элементы и
не часто находятся в минералах, которые легко перерабатываются.
Только некоторые страны (Индия, ЮАР) обладают достаточным
количеством месторождений для получения концентратов, однако
более 95 % всех месторождений расположено в Китае.
Парадоксально, но из-за увеличения их роли в сельском хозяйстве
и промышленности, выросло и их негативное влияние на
окружающую среду. В природе есть и более концентрированные
скопления РЗЭ. Ещё в первой половине XIX века был выявлен
ряд минералов, которые содержат в себе лантаниды. Содержание
данной группы элементов в минералах приближается к 250 видам.
Минералов, в которых РЗЭ составляют 5—8 % от массы, примерно
60—65 видов. Больше всего минералов содержат в себе церий и
близких к нему элементов (цериевые металлы). Намного меньше
известно минералов, содержащих в себе иттрий и тяжёлые
лантаноиды.

15.

Концентрация «легких» лантаноидов обычно
выше, чем «тяжелых»: большинство
месторождений элементов в своем составе имеют
от 80 до 99 % соединений лантана, церия,
празеодима и неодима. Металлы могут быть
добыты в виде их оксидов или в чистом виде
(мишметалл) с последующей сепарацией. Только
лантан, церий, празеодим и иттрий добываются
отдельно и составляют около четверти от общего
производства.

16. Физические свойства

Для металлических лантаноидов
свойственна парамагнитность. Парамагнитными являются и
большинство трёхзарядных лантаноид-ионов. Некоторые из
металлов-лантаноидов, кроме церия, сохраняют свои
парамагнитные свойства даже при очень низких
температурах (температура жидкого азота), другие —
заметно изменяют свой парамагнетизм со сменой
температуры.
Лантан и лантаноиды проводят тепло и электрический ток.
Лучшей электропроводностью обладает иттербий, хуже —
иттрий, лантан, церий, празеодим и неодим. Хуже всех
проводят электричество гадолиний и тербий. Отсюда
следует, что смена электропроводности с увеличением
порядкового номера возрастает неравномерно. И из-за этого
свойства лантаниды и делятся на две группы.

17.

Важной физической особенностью лантанидов
является их способность к поглощению тепловых
нейтронов. В этом отношении особенно
отличаются гадолиний, самарий, европий,
диспрозий. К примеру, для церия поперечное
сечение захвата тепловых нейтронов равно
0,73 барн, в то время как для гадолиния данное
значение приравнивается к 46000. Кроме церия,
плохо поглощают нейтроны иттрий (1,3 барн) и
лантан (9,3 барн).

18. Полиморфизм

Для лантана и лантанидов полиморфизм
характерен, так же как и для актиноидов. Так,
лантан имеет три модификации (α-, β- и γ-лантан),
церий — четыре (α-, β-, γ- и δ-церий). При
нормальных условиях для лантаноидов
характерна гексагональная решётка (за
исключением церия).

19. Химические свойства

Лантаноиды химически активны, они образуют
прочные оксиды, галогениды, сульфиды, реагируют
с водородом, углеродом, азотом, фосфором. Разлагают воду,
растворяются в соляной, серной и азотной кислотах.
В плавиковой и фосфорной кислотах лантаноиды
устойчивы, так как покрываются защитными пленками
малорастворимых солей — фторидов и фосфатов.
С рядом органических соединений лантаноиды
образуют комплексные соединения. Важное значение для
разделения лантаноидов имеют комплексы
с лимонной и этилендиаминтетрауксусной кислотой.
Первые образцы кристаллографически
характеризуемых комплексных соединений ионов Tb2+, Pr2+,
Gd2+, Lu2+ показали, что ионы всех Ln2+ (кроме, возможно,
прометия) могут быть получены в растворах

20. Биохимические свойства

Фармакологические свойства лантаноидов таковы, что
их содержание в организме снижает кровяное
давление, уровень холестерина и глюкозы,
уменьшает аппетит, препятствует свертыванию крови и
предотвращает атеросклероз у подопытных животных.
Потенциальное преимущество использования веществ
в медицине с такими фармакологическими свойствами
не оставит их в стороне от исследователей. Некоторые
комплексы лантаноидов
оказывают противовоспалительное воздействие;
например, флогодин довольно широко применяется в
Венгрии.