Гидроксиды и оксиды иттрия несколько сильнее и лучше растворимы, чем аналогичные соединения тербия, но слабее соответствующих гидроксидов лантана. Соединения иттрия по свойствам ближе к соединениям конца ряда лантаноидов (Gd – Lu).

Лантаноиды. Элементы с атомными номерами 57–71 составляют серию лантаноидов (Ln) и занимают одну клетку в периодической таблице, что подчеркивает их химическое сходство. (В тех случаях, когда скандий и иттрий не рассматривают как РЗЭ, понятие редкоземельных элементов распространяется только на лантаноиды с атомными номерами 57–71.) Но часто лантан (элемент-57) рассматривают отдельно от лантаноидов, относя к последним только элементы с атомными номерами 58–71, так как по электронному строению лантан отличается от лантаноидов (внутренняя серия 3-го, длинного ряда переходных металлов), поскольку не имеет f-электронов. Электрон, отличающий его от предшествующего элемента – бария, находится на 5d-орбитали. В то же время по свойствам он очень близок к лантаноидам 58–71. Эти элементы, хотя и не отличаются крупными месторождениями, не являются редкими и достаточно широко рассеяны в природе. Термин «редкие» более относится к их необычным свойствам, чем к распространению. Их содержание в земной коре колеблется от 0,7 млн.^–1 для лютеция Lu до 44 млн.^–1 для церия Ce.

Лантаноиды группируют по растворимости их сульфатов или по небольшому различию их основных свойств. В результате лантаноидного сжатия по ряду элементов сходство в электронном строении определяет и сходство в химических свойствах. Ионы Ln³⁺ образуют особенно близкие по растворимости соли и сходные по основности и комплексообразованию соединения. Последнее свойство и некоторое различие внутри семейства определяют метод разделения.

До середины 1940-х годов разделение лантаноидов достигалось в основном многостадийной процедурой фракционной перегонки двойных сульфатов, оксалатов и нитратов. Так как ионы лантаноидов очень мало различаются в размерах (радиусах), то и различие в растворимости таких соединений очень мало. Необходимы тысячи процедур даже для грубого разделения. Научный и практический интерес к отдельным членам семейства привел к созданию для них более эффективных методов разделения.

Химические свойства. Все лантаноиды (Ln) образуют общие типы соединений, поэтому необязательно рассматривать каждый элемент в отдельности. Все они достаточно химически активны, в чем близки к щелочноземельным и даже к легким щелочным металлам (см. табл. 10, электродные потенциалы). Металлы активно реагируют с кислотами и даже из воды выделяют водород и образуют в воде растворы основного характера. При горении в кислороде они образуют оксиды состава Ln₂O₃. С галогенами образуют тригалогениды, с серой – сульфиды типа Ln₂S₃, с водородом – гидриды (в основном металлической природы). Ионы Ln³⁺ при реакции со слабыми и сильными основаниями образуют, подобно алюминию, гелеобразные гидроксиды Ln(OH)₃, но, в отличие от гидроксида алюминия, нерастворимые в избытке щелочи. Лантаноиды образуют много двойных солей, например, 2Ln^III(NO₃)₃Ч3Mg(NO₃)₂Ч2H₂O и Ln₂^III(SO₄)₃Ч3Na₂SO₄ЧxH₂O.

Таблица 10. РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Способность ионов лантаноидов к комплексообразованию проявляется при наличии у лигандов электронных пар. Азот- и кислородсодержащие молекулы типа аминов и органических кислот образуют комплексы с лантаноидами. Устойчивость этих комплексных соединений лантаноидов в сравнении с их аналогами для металлов из коротких рядов переходных несколько ниже.

Лантаноиды входят в состав сплавов с высокой искрящей способностью, используемых в производстве кремней для зажигалок. Смешанные оксиды лантаноидов, например с ThO₂, применяют в производстве сеток накаливания для газоразрядных осветительных устройств. Соли лантаноидов используют для окрашивания или обесцвечивания стеклоизделий. Оксиды лантаноидов применяют также для полирования линз, зеркал и изготовления искусственных драгоценных камней.

назад   дальше