7.3. Загальна характеристика f-елементів

Загальна характеристика f-елементів. Положення в Періодичній системі. Особливості будови електронних оболонок атомів. 4f- і 5f-елементи. Орієнтація f-орбіталей у просторі. Лантаноїдне і актиноїдне стиснення. Зміна атомних радіусів і енергії йонізації по періоду. Валентність і ступені оксидації 4f- і 5f-елементів. Внутрішня періодичність властивостей в родинах лантаноїдів і актиноїдів. Типи хімічних зв'язків в сполуках. Схильність до комплексоутворення. Металічний характер елементів. Подібність і відмінність у властивостях 4f- і 5f-елементів. Радіоактивність.

7.3.1. Родина лантаноїдів

Історія відкриття та походження назв. Будова електронних оболонок атомів лантаноїдів. Підродини Церію (Ce – Eu) і Ітрію (Gd – Lu). Хімічний зв’язок у сполуках. Тетрад-ефект. Лантаноїдне стиснення. Координаційні числа лантаноїдів. Координаційні поліедри у сполуках лантаноїдів. Ступені оксидації елементів і закономірности їх зміни в ряду.

Розповсюдженість та знаходження лантаноїдів у природі. Ізотопи. Мінерал монацит – основна сировина для виробництв рідкісноземельних елементів церієвої підгрупи. Мінерал ксенотим – джерело елементів ітрієвої підґрупи.

Методи отримання та розділення металів. Способи переробки монациту – кислотне і основне вскриття. Відновлення монациту. Мішметал. Розділення сумішей рідкісноземельних елементів методом фракційного осадження. Багаторазова дробна кристалізація і дробне осадження подвійних солей. Відділення Се (ІV) шляхом окиснення. Відділення Eu (ІІ) шляхом відновлення. Уявлення про методи рідинної екстракції. Йонообмінна хроматографія у розділенні сумішей лантаноїдів.

Фізичні властивості лантаноїдів. Внутрішня періодичність у зміні магнітних властивостей. Метамагнетизм. Вплив лантаноїдного стиснення.

Хімічні властивості лантаноїдів. Сполуки лантаноїдів в аномальних ступенях оксидації. Монотонна зміна властивостей і внутрішня періодичність властивостей простих речовин і хімічних сполук в родині лантаноїдів. Взаємодія з неметалами (О₂, Н₂, С, Р, S, галоґенами), водою, кислотами. Координаційна геометрія сполук лантаноїдів. Відмінности у властивостях лантаноїдів (ІІІ). Особливості хімії Церію і Європію. Зіставлення властивостей d- і f-елементів III ґрупи. Забарвлення йонів лантаноїдів. Зміна енергії гідратації йонів Ln³⁺.

Сполуки рідкісноземельних елементів з неметалами. Сульфіди рідкісноземельних елементів. Методи отримання, властивості. Оксосульфіди. Галоґеніди рідкісноземельних елементів. Фізичні властивості, способи отримання. Безводні хлориди. Дигалоґеніди LnX₂. Карбіди і нітриди рідкісноземельних елементів. Отримання, фізичні та хімічні властивості. Кристалічна структура.

Оксиди рідкісноземельних елементів. Структурні типи оксидів Ln₂O₃. Методи отримання, фізичні та хімічні властивості. Оксиди Ln (ІІІ). Прояв амфотерних властивостей у СеО₂. Магнітні та спектральні властивості йонів Ln³⁺. Фіаніти.

Гідроксиди рідкісноземельних елементів. Методи отримання. Зміна основних властивостей в ряду гідроксидів La – Lu. Взаємодія з кислотами. Будова Се(ОН)₃.

Солі рідкісноземельних елементів. Солі сильних та слабких кислот. Гідроліз. Безводні середні сульфати. Нітрати. Термічна стійкість солей. Фосфати. Методи отримання. Комплексні сполуки, подвійні солі. Вплив лантаноїдного стискування на стійкість комплексних сполук. Ферити лантаноїдів зі структурою ґранату.

Застосування лантаноїдів. Використання сполук рідкісноземельних елементів в новітній техніці. Лантан і інтерметаліди на його основі – перспективні акумулятори водню. Високотемпературні надпровідники. Застосування в техніці Pm-147. Люмінісцентні матеріали на основі сполук рідкісноземельних елементів.