7.3.2. Родина актиноїдів

Історія відкриття та походження назв. Загальна характеристика Актинію і актиноїдів. Актиноїдна гіпотеза Сіборга. Обґрунтування актиноїдної теорії. Будова електронних оболонок атомів актиноїдів. Підґрупа Кюрію (Th – Cm) і підгрупа Берклію (Вk – Lr). Проблематичність хімічної аналогії актиноїдів і лантаноїдів. Актиноїдне стиснення. Ступені оксидації актиноїдів і закономірности їх зміни в ряду. Координаційні числа актиноїдів. Координаційна геометрія сполук актиноїдів. Зіставлення актиноїдів з d-елементами VІ періоду. Відмінність 5f-елементів від 4f-елементів.

Розповсюдженість та форми знаходження актиноїдів у природі. Ізотопи. Ізотопи Урану та їх розділення.

Методи отримання елементів родини актиноїдів. Збагачення уранових руд. Переробка уранових руд. Отримання U-233 з Торію. Виділення Урану і Плутонію з відпрацьованого ядерного палива. Уран і проблеми енергетики України. Особливості розділення актиноїдів. Принципи розділення сумішей урану і плутонію. Отримання металів високої чистоти. Ядерні властивості ізотопів Урану і синтез трансуранових елементів.

Фізичні властивості металів. Зміна температур топлення. Поліморфізм металів. Поліморфні модифікації Плутонію та їх властивості. Поліморфізм Урану. Магнітні та спектроскопічні властивості. Радіоактивні властивості. Радіоактивні ряди: ряд Торію, Нептунію, Урану, Актинію.

Хімічні властивості актиноїдів. Висока хімічна активність 5f-елементів. Взаємодія з неметалами, водою, кислотами. Особливості хімії Торію і Урану.

Основні класи хімічних сполук актиноїдів – отримання і властивості. Комплексні сполуки актиноїдів. Оксиди і гідроксиди Торію. Безводі і гідратовані солі Торію. Сполуки Урану з Оксиґеном, Нітроґеном та іншими неметалами. Уранати. Солі уранілу і чотиривалентного Урану. Галоґеніди Урану. Комплексні сполуки Урану (VI) і (IV). Оксиди трансуранових елементів. Галоґеніди трансуранових елементів. Катіонні та аніонні форми солей. Нептунати (VII). Плутонати (VII).

Застосування актиноїдів і їх сполук. Напрямки застосування Урану та його сполук. Перспективи синтезу трансуранових елементів. Детектори диму. Ядерні реактори та атомна енергія. ТВЕЛи. Природні ядерні реактори – феномен Окло. Збагачення Урану. Переробка ядерного палива. Каліфорній-252 – джерело нейтронів.

8. Загальний огляд металів

Загальна характеристика металів. Особливості будови атомів елементів з металічним характером. Розташування цих елементів в Періодичній системі. Декади d-елементів (3d-, 4d-, 5d-). Ранні та пізні d-елементи. Зміна атомних радіусів, енергії йонізації, електронеґативності по ґрупах і періодах. Валентність і ступені оксидації атомів. Зміна по ґрупах стійкості сполук у вищих ступенях оксидації. Схожість хімічних властивостей елементів по періодах і по ґрупах. Особлива близькість властивостей d-елементів V і VI періодів. Особливості властивостей d-елементів III ґрупи, d-елементів IV періоду. Особливості зміни властивостей d-елементів по ґрупах в порівнянні з р-елементами. Типи хімічних зв'язків в сполуках. Схильність до утворення катіонної і аніонної форм, комплексоутворення, утворення сполук із зв'язками Е-О-Е. Зміна координаційних чисел атомів по ґрупах. Координаційні поліедри для комплексів з різними координаційними числами йонів d-металів. Ефект Яна-Теллера. Здатність до утворення сполук змінного складу, кластерних сполук, фаз вкоріненння. Металічний характер d-елементів. Утворення ранніми d-елементами оксиґенвмісних катіонів. Нестехіометрія сполук d-елементів.

Класифікація елементів-металів з точки зору їх металічної будови. Перехідні елементи (означення, особливості властивостей). Сполуки перехідних елементів із зв'язком метал-метал (кластери). Ряд напруги металів і його термодинамічне обґрунтування. Діагональна схожість елементів.

Розповсюдженність і знаходження в природі. Геохімічні "зірки" Ферсмана. Метали життя.

Промислові методи отримання металів з руд. Відновлення як загальний принцип отримання металів. Відновники, які використовуються. Пірометалургія. Металотермія. Алюмотермія. Гідрометалургія. Способи збагачення руд (флотаційний, ґравітаційний, магнітний). Витягання металів з руд розчинами кислот, лугів, карбонатів лужних металів, амоніаку, ціанідів. Витіснення металів з їх сполук в розчинах. Електроліз у водних розчинах (гідроелектрометалургія) та у розтопах (піроелектрометалургія). Метод термічної дисоціації сполук металів (карбонілів, галоґенідів, азидів, оксидів). Отримання металів високої чистоти.

Фізичні властивості металів. Температура топлення. Оптичні властивості (металевий блиск, непрозорість). Механічні властивості (пластичність, густина, твердість). Теплові властивості (теплопровідність, питома теплоємність). Електромагнітні властивості (електрична провідність, магнітна сприйнятливість). Діамагнітні, парамагнітні та феромагнітні метали.

Хімічні властивості d-металів. Їх взаємодія з водою при різних температурах з утворенням гідроксидів та оксидів з одночасно різними ступенями оксидації. Хімія водних розчинів. Процеси, які протікають при гідролізі аквайону металу (гідроліз, полімеризація, поліконденсація). Відношення d-металів до кислот: звичайні кислоти, кислоти-оксидники, суміші кислот. Взаємодія металів побічних підґруп з хлоридною та розведеною сульфатною кислотами. Реакції металів з кислотами-оксидниками (нітратна та сульфатна (концентрована) кислоти). Реакції взаємодії благородних та інших пасивних металів з “царською водою” (сумішшю концентрованих HCl та HNO₃) та з «пекельною сумішшю» (сумішшю HF і HNO₃). Взаємодія d-металів з лугами, концентрованими розчинами лугів при нагріванні. Розтоплені луги при високих температурах у присутності оксидників, їх взаємодія з d-металами. Реакції взаємодії оксидів d-металів між собою з утворенням солей. Корозійна стійкість або нестійкість d-металів і її причини.

Оксиди і гідроксиди d-елементів. Кислотно-основний і оксидаційно-відновний характер оксидів. Зміна кислотно-основних властивостей по ґрупах. Змішані оксиди. Кристалічні структури оксидів. Зв'язок метал–метал в оксидах. Термічна стійкість оксидів. Процес окиснення. Змінний склад оксидів. Нестехіометрія. Застосування оксидів. Кислотно-основні і оксидаційно-відновні властивості гідроксидів. Загальні властивості (змінний склад, існування у вигляді декількох форм, явище "старіння" та ін.). Стан гідроксидів в розчині. Гідроксокомплекси. Вплив середовища. Схильність гідроксидів до поліконденсації і її причини. Ізо-, полі- і гетерополікислоти.

Сульфіди d-елементів. Змінний склад. Зв'язок метал-метал в сульфідах. Зв'язки Сульфур-Сульфур. Загальні властивості. Отримання. Застосування.

Галоґеніди (галіди) d-елементів. Порівняння галідів з оксидами. Загальні хімічні властивості (термічна стійкість, оксидаційно-відновна здатність, схильність до гідролізу, до утворення комплексних кислот). Отримання галідів. Будова галідів. Нижчі галіди. Зв'язок метал–метал. Застосування галідів.

Карбіди і нітриди d-елементів. Класифікація карбідів і нітридів. Склад і структура. Способи отримання. Загальні фізичні властивості. Загальні хімічні властивості. Застосування.

Бориди d-елементів. Будова боридів. Бориди d-елементів – сполуки вкорінення. Методи отримання. Загальні властивості. Застосування.

Гідриди d-елементів. Класифікація гідридів. Відмінність гідридів перехідних елементів від інших гідридів. Гідриди перехідних елементів – сполуки вкорінення. Хімічний зв'язок в гідридах. Способи отримання. Загальні властивості. Застосування. Комплексні гідриди.

Стопи. Тверді розчини. Інтерметалічні сполуки. Склад, властивості, застосування. Електронні фази (фази Юм-Розері). Фази Лавеса. Застосування металів. Метали як основа індустрії.