Общая химия

Редкоземельные металлы обычно находятся в природе совместно. Они образуют минералы, представляющие собой твердые растворы родственных соединений различных металлов. Например, один из главных источников редкоземельных металлов — минерал монацит — состоит в основном из фосфатов церия, лантана, иттрия и других редкоземельных металлов.

Таким образом, природным сырьем, из которого получают как элементы побочной подгруппы третьей группы, так и лантаноиды, служат одни и те же минералы.

Актиноиды (или актиниды) — это семейство четырнадцати ^^^ -элементов с порядковыми номерами от 90 до 103, следующее в периодической системе после актиния.

220. Подгруппа скандия.

В побочную подгруппу третьей группы входят элементы скандий, иттрий, лантан и актиний. Их атомы содержат по два электрона в наружном электронном слое и по 9 электронов в следующем за ним слое; строение этих двух электронных слоев можно выразить формулой ^^^ . Каждый из этих элементов открывает собой соответствующую декаду ^^^ -элементов. Некоторые их свойства приведены в табл. 36. Степень окисленности элементов подгруппы скандия в большинстве их соединений равна ^^^ .

Таблица 36. Некоторые свойства элементов побочной подгруппы третьей группы

Скандий, иттрий и лантан содержатся в земной коре в количествах порядка ^^^ . Актиний содержится в значительно меньшем количестве (порядка ^^^ ), так как оба его природные изотопа — ^^^ и ^^^ — радиоактивны.

В свободном состоянии элементы подгруппы скандия представляют собой серебристо-белые металлы с высокими температурами плавления. Металлические свойства выражены у них резче, чем у элементов главной подгруппы. Они растворяются в разбавленных соляной, азотной и серной кислотах, а при нагревании реагируют с большинством неметаллов.

Оксиды элементов этой подгруппы представляют собой тугоплавкие белые вещества. Гидроксиды проявляют основные свойства, усиливающиеся в ряду ^^^ . Так, соли скандия гидролизуются в значительной степени, а соли лантана практически не подвергаются гидролизу: ^^^ - сильное основание.

Области применения скандия ограничены. Но в настоящее время намечается пути использования соединений скандия в электронике. В частности, Некоторые ферриты (см. стр. 671), содержащие небольшие количества оксида Скандия, применяются в быстродействующих счетнорешающих устройствах.

Металлический скандий используется в электровакуумной технике как хороший геттер (нераспыляющнйся поглотитель газов).

Оксид иттрия также применяется в производстве ферритов. Ферриты, содержащие иттрий, используются в слуховых приборах, в ячейках памяти счетно-решающих устройств. Изотоп иттрия ^^^ применяется в медицине.

Лантан применяется главным образом в смеси с лантаноидами (см. §221).

221. Лантаноиды.

К семейству лантаноидов принадлежат четырнадцать ^^^ -элементов, следующих в периодической системе после лантана:

С возрастанием порядкового номера элементов этого семейства происходит заполнение электронами подуровня третьего снаружи электронного слоя ( ^^^ -подуровня), строение же наружного, а у большинства элементов и следующего за ним слоев остается неизменным. По этой причине все лантаноиды очень близки друг к другу по химическим свойствам.

Электроны заполняют ^^^ , а не ^^^ -подуровень потому, что в этом случае они обладают меньшей энергией. Однако разница в энергиях ^^^ и ^^^ -состояний очень мала. Благодаря этому один из ^^^ -электронов (а в некоторых случаях, например, у церия, два ^^^ -электрона) легко возбуждается, переходя на ^^^ -подуровень, и становится, таким образом, валентным электроном. Поэтому в большинстве своих соединений лантаноиды имеют степень окисленности ^^^ , а не ^^^ . Это обстоятельство объясняет близость свойств лантаноидов к свойствам элементов подгруппы скандия.

В § 34 говорилось, что в пределах одного периода с возрастанием порядкового номера размеры атомов элементов уменьшаются. Подобная закономерность наблюдается не только для элементов главных подгрупп, но, за немногими исключениями, и для элементов побочных подгрупп. Такое же уменьшение радиусов атомов имеет место и в случае лантаноидов (лантаноидное сжатие).

Это явление имеет одно важное следствие. В результате лантаноидного сжатия размеры атомов и иоиов элементов шестого периода, расположенных сразу после лантаноидов ^^^ и далее), очень близки к размерам атомов и ионов соответствующих элементов пятого периода ^^^ и т. д.) ^^^ в то же время для элементов четвертого и пятого периодов эти характеристики заметно различаются (табл. 37).

Таблица 37. Радиусы атомов (в нм) некоторых элементов побочных подгрупп