Лекция 10 тақырып Жерде сирек кездесетін сирек металдар химиялық қасиеттері ерекше болғандықтан сирек элементтер



Дата31.12.2021
өлшемі163.58 Kb.
#23195
түріЛекция

19-20 лекция

10 тақырып

Жерде сирек кездесетін сирек металдар химиялық қасиеттері

Химиялық қасиеттері ерекше болғандықтан сирек элементтер:
а) He, Ne, As, Kr, Xe – асыл және инертті газдар;
б) Li, Be, B, F, Sc, V, Ga, Br, Rb, Y, Nb, In, I, Cs, сирек жер элементтер, Re, Ta, Hg, Tl  - реттік нөмірі тақ типтік сирек элементтер

Кестеде кларк мәндерінің әр түрлі екені байқалды: кейбір элементтер үшін өзгермеген, ал кейбіреулері үшін Ферсманның мәліметтері Кларктікімен салысьырғанда төменірек, оны салмақтық пайызды туралап  табумен  түсіндіруге болады, ал кейбір элементтер үшін мәндердің өте жоғарлауы байқалады. Оны жаңа кен орындарының ашылуымен, анализ есептерінің жоғарлауымен түсіндіруге болады. Әсіресе қатты ауытқулар мың және оң мың есе – талий, индий, галий, ванадий, цезий үшін. Кларк жұмысынан кейін мезгілде жиырылған осы элементтер туралы мәліметтер оларды «аса сирек» тобынан азды-көпті тараған элементтер қатарына қосуға мүмкіндік берді.

2 кестеде Кларк және Вашингтон 1924 жылы, А.Е. Ферсман 1933 - 1939  жылдары, А.П. Виноградов 1950 жылы ұсынған сирек элементтердің  кларктары  келтірілген.

2 кесте


Сирек элементтер  кларктары

Реттік нөмірі

Элемент 

   


Мәліметтер

Кларк пен Вашингтон бойынша

Ферсман бойынша

Виноградов бойынша

3

Литий

4·10-3

5·10-3

6,5·10-3

4

Бериллий

1·10-3

4·10-4

6·10-4

5

Бор

1·10-3

5·10-3

3·10-4

21

Скандий

n·10-5

6·10-4

6·10-4

23

Ванадий

1,6·10-2

2·10-2

1,5·10-2

31

Галий

n·10-9

1·10-4

1,5·10-3

32

Германий

n·10-9

4·10-4

7·10-4

37

Рубидий

n·10-3

8·10-3

3·10-3

38

Стронций

1,7·10-2

3,5·10-2

4·10-2

40

Цирконий

2,3·10-2

2,5·10-2

2·10-2

41

Ниобий

 

3,2·10-5

1·10-3

42

Молибден

n·10-4

1·10-3

3·10-4

49

Индий

n·10-9

1·10-5

1·10-5

55

Цезий

n·10-7

1·10-3

7·10-4

58

Церий

 

2,9·10-3

4,5·10-3

72

Гафний

3·10-3

4·10-4

3,2·10-4

73

Тантал

 

2,4·10-5

2·10-4

74

Вольфрам

5·10-3

7·10-3

1·10-4

75

Рений

 

1·10-7

1·10-7

81

Талиий

n·10-3

1·10-5

3·10-4

90

Торий

2·10-3

1·10-3

8·10-4

92

Уран

8·10-3

4·10-4

3·10-4

 

 

 



 

 

Мұндағы:  n – нақты мәні белгісіз

Ал А.П. Виноградов ұсынған кларктар Кларк және Вашингтон, А.Е. Ферсман мәліметтерінен қатты айырылады, себебі, ол тек элементтердің литосферадағы мөлшерін есептеген, ал Кларк пен Ферсман жер қыртысын толық, яғни лито-, атмо- және гидросфераны есептеген.

Осыған дейін біз тек сирек элементтер туралы айттық, ал «сирек метелл» деген түсінікті қозғамадық. «Элемент» және «металл» түсініктері арасында үлкен айырмашылық бар екенін естен шығармау керек. Біз элементтерді және олардың табиғаттағы салыстырмалы және абсолюттік сиректігін қарастырғанда практикалық қолданылыуын адам қажеттілігі тұрғысынан қарастыратын болсақ, біз оны жай зат ретінде – оның химиялық және физикалық қасиеттеріне  байланысты металл немесе бейметалл – адам тіршілігінде бос күйінде немесе әр түрлі қосылыстар түрінде қолданылатындығын қарастырамыз.

Жай заттың және оның қосылыстарының қолдану дәрежесі сол дәуірдегі қоғамның өндіріс күштерінің даму деңгейіне тәуелді. В.И. Вернадский және А.Е. Ферсман әр түрлі тарихи дәуірлерді салыстырып, адамға белгілі болғанын көрсеткен (3 кесте).

Айтылғанның бәрі «сирек» металдарға толығымен тиісті. «Сирек металл» терминін химиялық элементтің сипаттамасы ретінде қарастыру керек. Сирек металл деген түсінік – тарихи түсінік. Мысалы, алтын ежелгі заманнан белгілі, бірақ оны ешкім сирек деп атамайды, ал празеодим алтынға қарағанда 20 есе көбірек тараған, оны сиректерге жатқызады.

3 кесте. Адамзатқа әр тарихи дәуірлерде белгілі элементтер

Дәуір

Элементтер

Элементтердің барлығы

Ежелгі ғасырлар

N, Al, Fe, Au, K, Ca, O, Si, Cu, Na, Sn, C, Hg, Pb, Ag, S, Cl, Zn, Sb

19

ХVІІІғ дейін

Солар + As, Mg, Bi, Co, B, Ni, P

26

ХVІІІғ

Солар + H, Pt, In, I

30

ХІХ ғ

Солар + Ba, Br, V, W, Cd, Mn, Mo, Os, Pd, Ra, Sr, Ta, F, сирек жерлер, Th, V, Cr, Zn

48+ сирек жер элементтер тобының кейбір элементтері

ХХғ. 1915 жылғы

Солар + Ne, Li, He, Ti, Ac, Ru, Rh

55+  сирек элементтер тобы

1932  жылғы

Солар + Be, Ar, Ga, Se, Rb, In, Y, Nd, Te, Hf, Tl, Cs

68+  сирек жер элементтер тобының 14 элементі

 

ХІХ ғасырдың соңында таралу жағынан үшінші элемент алюминий пайда болды. Ол  жаңа әрі қымбат, сондықтан да сирек металдарға жататын, себебі оны өндірістік көлемде таза күйінде алуын білмейтін. 1889 жылы Д.И. Менделеев Лондондық химиялық қоғамынан сыйлық ретінде «алюминий мен алтыннан аса бағалы ваза және кубок» алған болатын.


Ұсынылған әдебиеттер:

Негізгі әдебиеттер:


1. Амерханова, Ш.К. Аналитикалық химия [Мәтін]: Оқулық / Ш.К. Амерханова.- Астана: Фолиант, 2015.- 208 б.- (ҚР БЖҒМ грифімен).

2. Жаналиева Р.Н. Химические и физико-химические методы анализа. Астана, Изд-во Фолиант, 2018 (ҚР БЖҒМ грифімен).



3. Нұрахметов, Н.Н.  Бейорганикалық химияның теориялары мен заңдылықтары  Алматы 2016-Маденова П.С. Аналитикалық химия: оқу құралы.-Алматы, 2012

5.Кудреева, Л.К. Сапалық талдаудың теориялық негіздері [Мәтін]: Оқу құралы / Л.К. Кудреева.- Алматы: Қазақ университеті, 2017.- 198б

6.Жаналиева Р.Н. Аналитикалық химияның таңдамалы бөлімдері Халықаралық гуманитарлы техникалық университет баспаханасы, 2020,171 б



Қосымша әдебиеттер:

7.Аналитикалық химия бойынша әдістемелік құрал. Н.С. Шәріпова, В.А. Захарова; -Алматы: Қазақ ун-ті. 2002, -70 б.




Редкие металлы принято подразделять на пять групп по некоторым общим признакам: близости физико-химических свойств, совместному нахождению в рудном сырье и сходству методов выделения из сырья.
Ниже дана характеристика каждой из групп технической классификации, приведенной в табл. 5.

Легкие редкие металлы

Металлы этой группы расположены в I и II группах периодической системы Менделеева, обладают малым удельным весом (литий — 0,53; бериллий — 1,85; рубидий — 1,55; цезий — 1,87) и отличаются высокой химической активностью. Их химические соединения, окислы, хлориды обладают высокой химической прочностью и с трудом восстанавливаются до металла. По этому признаку они близки к легким цветным металлам, алюминию, магнию, кальцию и натрию.


Подобно легким цветным металлам легкие редкие металлы получаются в свободном состоянии либо электролизом расплавленных солей, либо металлотермическими методами.


Тугоплавкие редкие металлы

Тугоплавкие редкие металлы относятся к числу переходных элементов IV, V и VI групп периодической системы, у которых при переходе одного элемента к соседнему происходит достройка внутренних электронных уровней (так называемых d-уровней).


Эта особенность строения атомов определяет высокую прочность кристаллической решетки рассматриваемых металлов, что сказывается на их повышенной твердости, высоких температурах плавления (от 1660° для титана до 3400° для вольфрама, являющегося самым тугоплавким из всех металлов), высокой антикоррозионной устойчивости и переменной валентности, обусловливающей многообразие химических соединений этих элементов.
Все металлы рассматриваемой группы образуют весьма тугоплавкие, твердые и химически, устойчивые соединения с рядом металлоидов, обладающих малыми атомными радиусами (так называемых «фаз внедрения»). К ним относятся карбиды, нитриды, силициды и бориды, имеющие важное практическое применение.
Тугоплавкие редкие металлы взаимодействуют со многими другими металлами периодической системы, образуя твердые растворы и различные интерметаллические соединения, что широко используется в технике при производстве различных сплавов и высококачественных сталей.
В связи с высокими температурами плавления тугоплавких металлов в технологии их производства широко используется метод порошковой металлургии, заключающийся в получении металла в форме порошка с последующим его превращением в компактный металл путем прессования и спекания.
Близость свойств тугоплавких металлов определяет общность многих областей их применения. Так, кроме использования этих металлов в качестве легирующих добавок к сталям, многие из них применяются в виде тугоплавких твердых карбидов в составе твердых сплавов, а в чистом виде используются в электротехнике и электровакуумной технике.
Рассеянные редкие металлы

Общим признаком этой группы является отсутствие или редкая распространенность собственных минералов этих металлов.


Металлы данной группы встречаются обычно в виде изоморфных примесей в ничтожных концентрациях в кристаллах других минералов. Поэтому рентабельное извлечение рассеянных редких металлов возможно только из отходов производств основных металлов.
Так, галлий, встречающийся в бокситах, извлекается из промежуточных продуктов и отходов алюминиевого производства. Галлий вместе с индием, таллием и германием часто встречается в цинковых и свинцовых рудах, и поэтому соединения этих металлов извлекаются из промежуточных продуктов и отходов цинкового и свинцового производств.
Германий часто встречается в углях и извлекается из отходов, получаемых при их переработке.
Селен и теллур, рассеянные в различных сульфидных минералах, извлекаются либо при металлургической переработке этого сырья, либо из отходов сернокислотного производства.
Рений как спутник молибдена извлекается попутно при переработке молибденового сырья.
Гафний, содержащийся в виде примеси в циркониевых минералах, извлекается при производстве циркония или его соединений.
Таким образом, сырьевые источники производства рассеянных редких металлов весьма разнообразны. К ним относятся отходы газовых заводов, шламы медерафинирующих заводов, пыли обжиговых и плавильных печей, отходы цинкового, свинцового и алюминиевого производств и т. д.
Рений и гафний, являющиеся спутниками соответственно молибдена и циркония, по свойствам близки к тугоплавким металлам и могут также рассматриваться в составе этой группы.

Редкоземельные редкие металлы (лантаноиды)

К этой группе относятся лантан и следующие за лантаном 14 элементов (от церия 58 до лутеция 71).


Близость физико-химических свойств лантаноидов объясняется одинаковым строением внешних электронных уровней их атомов, так как при переходе одного элемента к другому у лантаноидов происходит заполнение глубоко лежащих недостроенных (4f) электронных уровней.
Близко примыкают к лантаноидам скандий и иттрий.
В рудном сырье редкоземельные металлы всегда сопутствуют друг другу. На первых стадиях переработки сырья они обычно выделяются в виде смеси окислов или других соединений. Дальнейшее разделение соединений редкоземельных элементов представляет большие технологические трудности.

Радиоактивные редкие металлы

К этой группе относятся естественные радиоактивные элементы: полоний, радий, актиний и актиноиды (торий, протактиний, уран) и искусственно полученные заурановые элементы; нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, атений и центурий.


Радиоактивные свойства металлов этой группы в значительной степени определяют особенности их технологии, приемы работы с ними, а также области их использования.
Актиноиды, так же как и редкоземельные элементы, характеризуются тем, что переход от одного элемента к другому осуществляется путем достройки глубоко расположенных 5f электронных уровней и в этом отношении группа актиноидов аналогична лантаноидам.
В рудном сырье естественные радиоактивные элементы встречаются совместно. Часто им сопутствуют редкоземельные металлы.
Как известно, естественные и некоторые искусственно полученные металлы группы актиноидов играют важнейшую роль в производстве атомной энергии.
У побережья Японии геологи нашли уникальное месторождение редкоземельных металлов, его запасы по самым скромным подсчетам составляют более 16 млн тонн!

Металдар қышқылдармен белсенді әрекеттеседі және тіпті судан сутегін бөліп, суда негізгі ерітінділер түзеді.

Оттегіде жанған кезде олар Ln2O3. құрамды оксидтер түзеді.

Галогендермен тригалидтер түзеді,

күкіртпен - Ln2S3,

типті сульфидтермен,

сутегімен – гидридтермен (негізінен металдық сипатта).

Ln3+ иондары әлсіз және күшті негіздермен әрекеттескенде, алюминий сияқты гель тәрізді гидроксидтер Ln(OH)3түзеді, бірақ алюминий гидроксидінен айырмашылығы олар сілтінің артық мөлшерінде ерімейді.



Лантанидтер көптеген қос тұздар түзеді, мысалы 2LnIII(NO3)3 и Ln2III(SO4)3

Достарыңызбен бөлісу:




©emirsaba.org 2022
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет