Лантаноиды: свойства, положение в периодической системе

ВВЕДЕНИЕ

Атомные и ионные радиусы R и R3+ в семействе редкоземельных элементов (РЗЭ – R) растут с ростом атомного номера элемента Z при переходе по III группе от 21Sc к 39Y и 57La. Эта общая закономерность Периодической системы впервые нарушается у Ln. У следующего за лантаном церия начинается заполнение 4f-подоболочки. Более сильное взаимодействие электронов 4f-подоболочки с ядром порождает обратную зависимость радиусов R и R3+ – уменьшение с ростом Z. Этот эффект V.M. Goldschmidt (1925) назвал “лантаноидным сжатием”. Лантаноидное
сжатие атомов и ионов 14 лантаноидов (и актиноидное сжатие родственного семейства
14 An) является одним из фундаментальных явлений, определяющих изменения свойств и кристаллохимию
соединений семейств 4f— и 5f-элементов.

Эффект сжатия ионных радиусов 4f— и 5f-элементов в неорганических фторидах с ионным характером химической связи и простой
химической формулой давно представлял фундаментальный кристаллохимический интерес.
Он выражался в поиске гомологического ряда соединений Ln или An, в которых при росте атомного номера элемента Z и лантаноидном (4f-элементы) или актиноидном (5f-элементы) сжатии достигается независимость параметров элементарной ячейки соединения
от размера катиона (Ln или An соответственно). Это будет означать касание ионов фтора, по которому можно определить
занимаемый одним F1– объем V_F. При низкой поляризуемости F1– и его сферичности из объема V_F можно независимо оценить ионный радиус фтора. Полагается, что V_F для фторидов лантаноидов и актиноидов близок или одинаков. Ранее был изучен эффект
только актиноидного сжатия, не приводящий к плотнейшей упаковке фтор-ионов.

Задача определения размеров анионов имеет исторические прецеденты, не все из которых
завершились успешно. Проблема нахождения размера хотя бы одного иона, чтобы рассчитать
размеры другого, образующего с первым химическое соединение, уходит корнями в историю
выработки систем ионных радиусов. Для обоснованного деления межатомного расстояния
“катион–анион” (абсолютной величины из структурного анализа) надо определить независимым
методом размеры одного из них.

В 20-х гг. прошлого столетия А. Ланде предположил, что в кристаллах с “мелкими” катионами
и крупными анионами, начиная с некоторого размера аниона А, между ними возникает контакт, и размер катиона перестает влиять на период элементарной
ячейки соединения. Объем, приходящийся на один анион в гомологическом ряду соединений
(с одинаковой формулой R_mA_n), становится постоянным. Он определяется расстоянием “анион–анион”, из которого вычисляется
размер аниона. Предположение подтверждено на изоструктурных NaCl рядах оксидов, сульфидов
и селенидов Mg и Mn. Это направление поиска плотной анионной упаковки для крупных
анионов завершилось успехом.

Для самого мелкого аниона, каким является F1–, решение аналогичной задачи сложнее. При фиксированном анионе надо подобрать самые
“мелкие” катионы в Периодической системе, образующие фториды. Полагали, что чем выше
атомный номер Z, тем меньше размер его высокозарядного катиона []. Это предположение направило поиск плотноупакованных по фтору соединений на фториды
An. Поиск определялся прогрессом получения 5f-элементов – An = 89Ac, 90Th, 91Pa, 92U и трансурановых элементов до лоуренсия 71Lr. Однако тяжелые 5f-элементы (Bk, Cf, Es, Md, No, Fm, Lr) получены в виде короткоживущих радиоактивных
изотопов в очень малых количествах и мало изучены. Для легких An поиск предпринят в конце 50-ых []. Он положительного результата не дал, в том числе, из-за недоступности фторидов
тяжелых An.

Параллельно с этим направлением проверялось увеличение валентности катионов выше 3+.
Оно не учитывало изменения характера химической связи и оказалось неэффективным.

Семейство Ln принадлежит к побочной подгруппе III группы 6 периода Периодической системы элементов,
как и семейство актиноидов, располагающееся в 7 периоде. Изменение радиусов r_R ионов РЗЭ по ряду меняет знак с положительного (рост r_R при 21Sc → 39Y → 57La по III группе) на отрицательный (лантаноидное сжатие по 6 периоду от 57La → 71Lu). Преимущество Ln перед An в полной доступности LnF₃ для всего ряда, кроме PmF₃. Cейчас его производство налажено и определены температура плавления, тип структуры
и параметры элементарной ячейки.

Эффект лантаноидного сжатия уменьшает размеры Ln и позволяет использовать рост Z до крайнего члена семейства – 71Lu. Это может привести к плотной фторной упаковке с катионами в пустотах.

Сравнение лантаноидного и актиноидного сжатия в достижении минимальных V_F во фторидах 4f— и легких 5f-элементов проводится впервые.

Атом и молекула лантана. Формула лантана. Строение атома лантана:

Лантан (лат. Lanthanum, от др.-греч. λανθάνω – «скрываюсь», «таюсь») – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением La и атомным номером 57. Расположен в 3-й группе (по старой классификации – побочной подгруппе третьей группы), шестом периоде периодической системы.

Лантан – металл. Относится к редкоземельным элементам, а также к группе переходных металлов и к лантаноидам.

Как простое вещество лантан при нормальных условиях представляет собой мягкий, ковкий, вязкий, блестящий металл серебристо-белого цвета.

Молекула лантана одноатомна.

Химическая формула лантана La.

Электронная конфигурация атома лантана 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6 5d1 6s2 или 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f 5s2 5p6 5d1 6s2. Потенциал ионизации (первый электрон) атома лантана равен 538,09 кДж/моль (5,5769(6) эВ).

Строение атома лантана. Атом лантана состоит из положительно заряженного ядра (+57), вокруг которого по шести оболочкам движутся 57 электронов. При этом 55 электронов находятся на внутреннем уровне, а 2 электрона – на внешнем. Поскольку лантан расположен в шестом периоде, оболочек всего шесть. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая – внутренняя оболочка представлены s- и р-орбиталями. Третья, четвертая и пятая – внутренние оболочки представлены s-, р- и d-орбиталями. Шестая – внешняя оболочка представлена s-орбиталью. На внутреннем энергетическом уровне атома лантана на 5d-орбитали находится один неспаренный электрон. На внешнем энергетическом уровне атома лантана на 6s-орбитали находятся два спаренных электрона. В свою очередь ядро атома лантана состоит из 57 протонов и 82 нейтронов. Лантан относится к элементам f-семейства.

Радиус атома лантана (вычисленный) составляет: нет данных. Эмпирический радиус атома лантана составляет 195 пм.

Атомная масса атома лантана составляет 138,90547(7) а. е. м.

Лантан вместе с церием и неодимом относится к наиболее распространенным редкоземельным элементам. Содержание лантана в земной коре составляет 0,0034 %, в морской воде и океане – 3,4×10–10 %.

Свойства атома лантана:

200	Свойства атома
201	Атомная масса (молярная масса)	138,90547(7) а.е.м. (г/моль)
202	Электронная конфигурация	1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6 5d1 6s2
203	Электронная оболочка	K2 L8 M18 N18 O9 P2 Q0 R0
204	Радиус атома (вычисленный)
205	Эмпирический радиус атома*	195 пм
206	Ковалентный радиус*	207 пм
207	Радиус иона (кристаллический)	La3+ 117,2 (6) пм, 130 (8) пм, 141 (10) пм, 150 (12) пм (в скобках указано координационное число – характеристика, которая определяет число ближайших частиц (ионов или атомов) в молекуле или кристалле)
208	Радиус Ван-дер-Ваальса
209	Электроны, Протоны, Нейтроны	57 электронов, 57 протонов, 82 нейтрона
210	Семейство (блок)	элемент d-семейства
211	Период в периодической таблице	6
212	Группа в периодической таблице	3-я группа (по старой классификации – побочная подгруппа 3-ей группы)
213	Эмиссионный спектр излучения

Лайфхак: как выучить таблицу химических элементов

Существует один весьма распространённый и устойчивый миф о том, что Дмитрий Менделеев открыл свою таблицу химических элементов во сне.

Друзья мои! Нужно быть совершенно недалёкого представления об учёных, чтобы утверждать о том, что научные открытия можно делать во сне или случайно. Известно высказывание самого Дмитрия Ивановича: «Я над ней (таблицей элементов — прим. Учёного Кота), может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг… готово».

А пытались-то многие!

Попытки классифицировать и систематизировать химические элементы возникали задолго до Менделеева. Первую значимую попытку в 1829 году сделал немецкий химик Иоганн Вольфганг Дёберейнер, затем его труды развил другой немец — Леопольд Гмелин. Во Франции определённых успехов достиг химик-геолог Александр де Шанкуртуа. Однако все эти работы не выдерживали научной критики, как например, не смогла устоять система элементов, предложенная англичанином Джоном Ньюлендсом.

Лишь в 1869 году на заседании Русского химического комитета было заслушано сообщение Дмитрия Менделеева об открытии им фундаментального закона природы — Периодического закона. В том же году вышел его учебник «Основы химии», в котором впервые этот закон был представлен в виде таблицы.

Конечно же и труды Меделеева подверглись жесточайшей научной критике! Его идеи не сразу признавались научным сообществом. Лишь только после того, как были открыты новые химические элементы, предсказанные ранее Менделеевым, например, галлий, скандий, германий, Периодический закон был окончательно признан, как одна из теоретических основ химии.

Первый способ: «раскраска»

Так как легко и просто выучить периодическую таблицу химических элементов Менделеева?

Первым способом можно начать знакомство с периодической таблицей ещё в детстве. Подберите карандаши соответствующего цвета, наклейте наклеечки с названиями элементов и дайте ребёнку раскрашивать таблицу.

Второй способ: «Морской бой»

Второй способ более интересней. Многие наверняка знакомы с игрой «Морской бой». Распечатайте таблицу и обозначьте цифрами и буквами вертикали и горизонтали. «Морской бой» начинается!

Со временем можно усложнять игру — например, перестать нумеровать столбцы и строки. И играть, называя только названия:

Селен!
Ранил…
Теллур!
Ранил…
Полоний!
Убил.

Если идти по дальнейшему пути усложнения игры, то вместо названия химических элементов, можно называть его атомную или молекулярную массу.

Попробуйте! Вы будете лучше ориентироваться в таблице!

История

Карл Густав Мосандер, первооткрыватель лантана

В 1751 году шведский минералог Аксель Фредрик Кронштедт обнаружил тяжелый минерал из шахты на Bastnäs, позже названный церит. Тридцать лет спустя пятнадцатилетний Вильгельм Хисингерот семьи, владеющей шахтой, отправил образец Карл Шееле, который не нашел внутри никаких новых элементов. В 1803 году, после того как Хизингер стал мастером по производству железа, он вернулся к минералу с Йенс Якоб Берцелиус и выделили новый оксид, который они назвали церия после карликовая планета Церера, который был обнаружен двумя годами ранее. Церия была одновременно независимо изолирована в Германии Мартин Генрих Клапрот. Между 1839 и 1843 годами шведский хирург и химик показал, что церий представляет собой смесь оксидов. Карл Густав Мосандер, который жил в том же доме, что и Берцелиус: он выделил два других оксида, которые назвал лантана и дидимия. Он частично разложил образец нитрат церия запеканием на воздухе и последующей обработкой полученного оксида разбавленным азотная кислота. В том же году Аксель Эрдманн, студент Каролинского института, обнаружил лантан в новом минерале с острова Ловен, расположенного в норвежском фьорде.

Наконец, Мосандер объяснил свое промедление, сказав, что он извлек из церия второй элемент, который он назвал дидимием. Хотя он и не осознавал этого, дидим тоже был смесью, и в 1885 году его разделили на празеодим и неодим.

Поскольку свойства лантана мало отличались от свойств церия и присутствовали вместе с ним в его солях, он назвал его от Древнегреческий λανθάνειν (букв. скрывать). Относительно чистый металлический лантан был впервые выделен в 1923 году.

Общие способы получения металлов в промышленности

За исключением тория, протактиния и урана, которые добывают прямым путем из руд, остальные актиноиды можно получить путем облучения образцов металлического урана быстродвижущимися потоками нейтронов. В промышленных масштабах нептуний и плутоний добывают из отработанного топлива ядерных реакторов. Отметим, что получение актиноидов – это достаточно сложный и дорогостоящий процесс, основными методами которого являются ионный обмен и многостадийная экстракция. Лантаноиды, которые называют редкоземельными элементами, получают путем электролиза их хлоридов или фторидов. Чтобы добыть сверхчистые лантаноиды, используют металлотермический метод.

Применение

Лантаноиды и лантан применяют как добавки к сталям, чугунам и другим сплавам для улучшения механической стойкости, коррозионной устойчивости и жаропрочности. Используют лантаноиды и лантан для получения специальных сортов стекла, в атомной технике. Соединения лантана, а также лантаноидов используют для изготовления лаков и красок, светящихся составов, в производстве кожи, в текстильной промышленности, в радиоэлектронике для изготовления катодов. Соединения лантаноидов применяются в лазерах.

Изображения лантаноидов
Лантан Церий Празеодим Неодим Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций

Месторождения

Самые большие залежи графита расположены в Китае, Украине, Мексике, Канаде и Южной Корее. Месторождения минерала экономически выгодны для страны, на территории которой он расположен. В процессе разработки залежей обеспечение промышленности нужным сырьём. Камнем образованы скопления серого цвета. Графитовая руда добывается открытым способом, а кусковой минерал подземным методом.

Одним из высокотемпературных жильных залежей минералов стоит выделить месторождение на Цейлоне, которое обладает большим промышленным значением. Здесь графитовые жилы расположены среди гнейсов. Такие же месторождения есть в Квебеке, штате Монтана и Англии.

Где и как добывается

Залежи графита промышленных объемов есть на всех континентах:

Обе Америки – США, Канада, Бразилия;
Европа – ФРГ, Гренландия, Италия;
Австралия.

Россия располагает тремя крупнейшими месторождениями:

Бурятия – качественное плотнокристаллическое сырье.
Краснодарский край (два) – плотно-, мелкокристаллический, чешуйчатый, графитовые сланцы.

Графиты формируются каменноугольным пиролизом либо под влиянием экстремально высоких температур и давления. Например, излияниями магмы на отложения каменного угля.

Его добывают наземным или подземным способами. Графитовые кристаллы находят в сланцах, мраморах, других органических породах.

Ежегодный мировой объем добычи графита – 600 тыс. тонн.

Запасы

Мировые запасы графита (1978, тысяч т) в капиталистических и развивающихся странах: чешуйчатого — Южная Америка, 136; Европа, 3500; Африка, 5442; Азия, 900; плотнокристаллического — Азия, 2900; скрытокристаллического — Северная Америка (без США), 3084; Европа, 5623; Азия, 6168. О добыче графита см. в ст. графитовая промышленность.

Химические свойства лантаноидов

Задача 1061. Чем объясняется сходство химических свойств лантаноидов?Решение: К семейству лантаноидов принадлежат четырнадцать f-элементов, следующих в периодической системе после лантана (элементы № 58 – № 71). С возрастанием порядкового номера элементов этого семейства происходит заполнение электронами подуровня третьего снаружи электронного слоя (4f-подуровня), строение же наружного, а у некоторых элементов и следующего за ним слоёв, остаются неизменными. По этой причине все лантаноиды очень близки друг к другу по химическим свойствам. Электроны заполняют 4f-, а не 5-дуровень потому, что в этом случае они обладают меньшей энергией. Однако разница в энергиях 4f- и 5d-состояний очень мала. Благодаря этому один из 4f-элементов (у некоторых, например, у церия, два 4f-электрона) легко возбуждаются, переходя на 5d-подуровень. Поэтому в большинстве своих соединений лантаноиды имеют степень окисления +3, а не +2. Это обстоятельство объясняет близость свойств лантаноидов и скандия. Лантаноиды образуют сульфиды, хлориды, оксиды – солеподобные, нерастворимые, тугоплавкие соединения. Гидроксиды М(ОН)₃ – сильные основания. Катионы М3+ сильно гидратируются. С анионами одноосновных кислот и серной кислотой лантаноиды дают растворимые соли. Лантаноиды образуют многочисленные комплексные соединения. Соли их имеют различное яркое окрашивание, что возможно объяснить переходом 4f-электрона на 5d-подуровень.

Лантаноидное сжатие

Задача 1062. Что такое лантаноидное сжатие? Как оно сказывается на свойствах d-элементов 6 периода?Решение: С ростом атомного номера у лантаноидов наблюдается значительное уменьшение металлических и ионных радиусов (от 102 пм у церия Се до 96,1 пм у лютеция Lu). Это явление называется лантаноидным сжатием. Оно является причиной значительного роста плотности лантаноидов: от 6,19 у лантана La до 9,87 у лютеция Lu.

Основная причина лантаноидного сжатия заключается в недостаточном экранировании заряда ядра электронами 4f-орбитали.

В атомах, обладающих единственным электроном, среднее расстояние между ядром и электроном определяется электронной орбиталью, на которой находится электрон, и уменьшается с ростом заряда ядра, тем самым приводя к уменьшению величины атомного радиуса. атомах, обладающих более чем одним электроном, степень уменьшения атомного радиуса вследствие увеличения заряда ядра ослабляется вследствие увеличения электростатического отталкивания между электронами.

Какие металлы бывают?

Металлы в периодической системе Менделеева делятся на несколько групп. Перечислим и кратко охарактеризуем их:

Щелочные. Эти металлы имеют всего 1 валентный электрон, они чрезвычайно химически активны, имеют низкую плотность и являются отличными проводниками тепла и электричества. Примерами их являются литий, натрий и калий.
Щелочноземельные. К ним относятся кальций, магний, стронций. Эти металлы имеют 2 валентных электрона, поэтому они также являются химически активными.
Переходные. Это металлы с переменной валентностью, которые имеют пустые или полупустые орбитали d и f типа. Это самая многочисленная группа металлов. К ним относятся титан, ванадий, хром, никель, вольфрам, осмий, золото и многие другие.
Лантаноиды и актиноиды. Большая часть этих элементов является нестабильными и проявляет различную степень радиоактивности.
Постпереходные. Это те элементы, после которых по периоду идут металлоиды, а затем неметаллы. Самыми известными из них являются свинец, алюминий и олово.

Металлическая кристаллическая решётка

Из-за наличия в узлах ионов, может показаться, что металлическая решетка похожа на ионную. На самом деле, это две совершенно разные модели, с разными свойствами.

Металлическая гораздо гибче и пластичнее ионной, для неё характерна прочность, высокая электро- и теплопроводность, эти вещества хорошо плавятся и отлично проводят электрический ток. Это объясняется тем, что в узлах находятся положительно заряженные ионы металлов (катионы), которые могут перемещаться по всей структуре, тем самым обеспечивают течение электронов. Частицы хаотично движутся около своего узла (они не имеют достаточной энергии, чтобы выйти за пределы), но как только появляется электрическое поле, электроны образуют поток и устремляются из положительной в отрицательную область.

Металлическая кристаллическая решётка характерна для металлов, например: свинец, натрий, калий, кальций, серебро, железо, цинк, платина и так далее. Помимо прочего, она подразделяется ещё на несколько типов упаковок: гексагональная, объёмно центрированная (наименее плотная) и гранецентрированная. Первая упаковка характерна для цинка, кобальта, магния, вторая для бария, железа, натрия, третья для меди, алюминия и кальция.

Таким образом, от типа решётки зависят многие свойства, а также строение вещества. Зная тип, можно предсказать, к примеру, какой будет тугоплавкость или прочность объекта.

Получение:

Металлический лантан, разумеется, далеко не чистый, впервые был получен Мозандером при нагревании хлористого лантана с калием. В настояшее время лантан получают преимущественно из монацита и бастнезита ((La, Ce)FCO₃), как и все остальные металлы цериевой подгруппы. Монацитовый концентрат (LnPO₄ + 7% диоксида циркония, 10% диоксида тория и 0,1. 0,3% урана) обрабатывают концентрированной серной кислотой, образующиеся сульфаты редкоземельных элементов и тория выщелачивают обычной водой. Последовательно отделяя торий, церий, другие РЗЭ, обычно получают хлорид лантана LaCl₃. Электролиз расплавленного хлорида дает лантан чистотой до 99,5%. Еще более чистый лантан (99,79% и выше) получают кальциетермическим способом. Значительно проще и дешевле получать мишметалл — смешанный металл РЗЭ.

Яркие кристаллы солей лантаноидов

Редкоземельные элементы – лантаноиды и их соли, кристаллы кристаллы солей обладают необычайно яркими красками. Учитывая, что эти элементы входят в самые яркие и красочные цветы, покровы насекомых, яркое оперение птиц — становится ясна яркость их индивидуальности.

Учитывая яркость элементов Ⅲ группы шестого периода, можно придти к понятию их противоположности, например тусклый или невзрачный. Но, в гомеопатии всё сложнее.

С виду невзрачный человек может обладать большими способностями, и даже сверхспособностями за счёт своего внутреннего самоконтроля. «Само» и «ауто» это почти ключевые слова для лантана, неодимия, самария и других элементов группы лантаноидов.

Эти элементы только за счёт своего суперконтроля способны на необычные вещи. Например, яркий хамелеон способен изменять по своему усмотрению цвет тела, а зрение каждого глаза контролировать отдельно. В общем тема внутреннего самоконтроля и за счёт него достижение результатов.

Получение алмаза из графита

Формула графита — C — позволила ученым произвести множество опытов, вследствие чего были найдены аллотропные вещества графита.

Преподаватели рассказывают и школьникам, и студентам о том, как ученые пытались создать алмазы из графита. Эта история очень интересная и увлекательная, а еще она позволяет запомнить о существовании таких аллотропных веществ, как графит и алмаз, и об их различиях.

Некоторое время назад ученые пытались создать алмазы из графита. Они считали, что если формула алмаза и графита одинакова, то они смогут создать алмаз, ведь камень очень дорогой и редкий. Теперь мы знаем, что минерал алмаз появляется в природе при высоком давлении и мгновенном охлаждении. Поэтому ученые решили взорвать ѓрафит, тем самым создав нужные условия для образования алмаза. И на самом деле случилось чудо, после взрыва на графите образовались очень маленькие кристаллы алмаза.

Нахождение в природе

С точки зрения нахождения в природе лантаноиды делятся на 2 группы: цериевую ( Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu) и иттриевую ( Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu). Данный раздел основывается на том, что в одних минералах встречаются преимущественно церий и его “группа”, а в других – иттрий вместе с остальными элементами. К минералам цериевой группы относится монацит (Это, La, Nb ….) PO _4. Он образует россыпи монацитового песка, куда, кроме него, входит кварц, рутил, оксид тория. В монацитового песка содержатся все минералы цериевой группы. Элементы этой же группы содержатся в изоморфных фторокарбонатах (Это, La ….) FCO ₃ (бастнезит), а также в собственном силикате Ce ₂ Si ₂ O ₇ (церит). К минералам иттриевой группе относится ксенотим (Y, Eu, Gd, …) РО _4, в котором лантаноиды изоморфно замещают друг друга.

Второй по важности редкоземельный минерал – бастнезит – во многом похож на него. Бастнезит тоже тяжелый, тоже блестящий, тоже не постоянен по окраске (чаще всего ярко-желтый)

Но химически с монацита его объединяет только большое содержание лантана и лантаноидов

Если монацит – фосфат, то бастнезит – фторокарбонат редких земель, его состав обычно записывают так: (La, Се) FCO 3. Но, как часто бывает, формула минерала не полностью отражает его состав. В данном случае она указывает лишь на главные компоненты: в бастнезити 36,9-40,5% оксида церия и почти столько же (в сумме) оксидов лантана, празеодима и неодима. Но обычно в нем есть и другие лантаноидов

Но химически с монацита его объединяет только большое содержание лантана и лантаноидов. Если монацит – фосфат, то бастнезит – фторокарбонат редких земель, его состав обычно записывают так: (La, Се) FCO 3. Но, как часто бывает, формула минерала не полностью отражает его состав. В данном случае она указывает лишь на главные компоненты: в бастнезити 36,9-40,5% оксида церия и почти столько же (в сумме) оксидов лантана, празеодима и неодима. Но обычно в нем есть и другие лантаноидов.

Есть даже селективный неодимовый минерал – ешинит. В этот минерал входят окислы кальция, тория, тантала, ниобия, иттрия, лантана и лантаноидов, из которых в нем больше церия и неодима.

Лантаноиды распространены в природе не одинаково. Наиболее труднодоступные лантаноиды – тербий, тулий, лютеций (все это лантаноиды с нечетными атомными номерами) – стоят дороже золота и платины.

Ресурсы лантанидов довольно значительны – суммарный массовое содержание лантанидов (вместе с лантаном) в земной коре 0,01%, что близко к содержанию меди. Наиболее распространенными являются La, Ce i Nd. Известно более 250 минералов, содержащих лантаниды. Из них собственных минералов лантанидов – 60-65 (содержание редких земель более 5-8%). Это главным образом фосфаты, лития или флуорокарбонаты, титанониобаты. Важнейшие минералы, содержащие лантаниды: монацит, ксенотим, бастнезит, гадолинит, ортит, лопарит, евксенит, фергусонит, самарскит. Лантаниды концентрируются в различных типах магматогенных, осадочных и метаморфогенных месторождений.

В Украину руды лантанидов не добываются. Потребности страны (ок. 100 т / год) покрывает импорт. Промышленные концентрации лантанидов обнаружены в юго-восточной и юго-западной частях Украинского щита.

История открытия:

В 1826 г. Карл Мозандер – ученик, ассистент и один из близких друзей Берцелиуса – исследовал цериевую землю и заключил, что она неоднородна, что в ней, помимо церия, содержится еще один, а может быть и не один, новый элемент. Доказать это Мозандеру удалось лишь в 1839 г. Новый элемент, обнаруженный в церите, по предложению Берцелиуса назвали лантаном (от греческого lanqanein – скрываться, забываться). Лантан, содержащийся в церите, успешно скрывался от химиков в течение 36 лет! И дальше лантан продолжал оправдывать свое имя. Долгое время считали, что он – аналог кальция и других щелочноземельных металлов, его валентность равна двум, а атомный вес 90. 94. Только в 1869 г. Менделеев увидел, что во II группе периодической системы редкоземельным элементам нет места и поставил их в III группу, приписав лантану атомный вес 138. 139. Проведенное Менделеевым исследование теплоемкости лантана доказало, что лантан должен быть трехвалентным.

Обратимые и непоправимые переходы

В случае изменения температурных показателей и параметров давления твердые материалы переходят из одной структуры в другую без перемены количественного состава элементов. Предпосылками является подвижность частиц решетки и перенос некоторого количества вещества, вызванный дефектами строения твердого состояния.

Примеры переходов:

энантиотропные преобразования (обратимые);
монотропные видоизменения (необратимые).

Проводят разработанную методику трехфазной реакции для направленного получения требуемой решеточной структуры. Выбор нагревательного режима и продолжительность повышения температуры ускоряет рост кристаллов до больших зерен, что улучшает качество. Изменение способа обработки направляется иногда на снижение активности катализаторов в результате процесса рекристаллизации.

Энантиотропное видоизменение возникает при нулевой температуре и выбранном давлении. Иногда аллотропное преобразование относится к необратимым и одно из состояний материала является неустойчивым в термическом плане. Эта фаза сохраняется на всем температурном интервале от абсолютного нуля и называется монотропным. При получении серого олова из белого происходит обратимое преобразование, а превращение алмаза в графит становится необратимым.

Отличие этих типов превращений — в технологических особенностях проведения. Энантиотропные переходы модификации А чаще получаются методом постепенного охлаждения сплава. Сначала масса кристаллизуется в виде состояния Б, которое затем видоизменяется в устойчивую фазу к низким температурам.

При монотропном переходе в случае охлаждения сплава образуется только вещество в состоянии А. Требуется особый технологический режим со строгим дозированием понижения температуры и давления для получения модификации Б. Примером служит получение стабильного черного фосфора из белого путем нагревания до + 200ºС и повышения давления до 1,25 ГПа. После помещения полученного образца в нормальные условия обратного преобразования не происходит.

Индивидуальные доказательства

Вольфганг Либшер, Эккехард Флюк: Систематическая номенклатура неорганической химии . Springer-Verlag, Берлин 1999, ISBN 3-540-63097-X .
Номенклатура неорганической химии, Рекомендации ИЮПАК 2005 .
AM Mariano: Экономическая геология редкоземельных минералов . В: Б. Р. Липин, Г. А. Маккей (ред.): Обзоры по минералогии , том 21 – Геохимия и минералогия редкоземельных элементов (1989). Опубликовано Минералогическим обществом Америки, ISBN 0-939950-25-1 , стр. 309-337.
Георг Штайнхаузер : Структурная химия – Прикосновение к пустоте. В кн . : Новости химии. 66, 2018, стр 118,. DOI : .
А. Ф. Holleman , Е. Wiberg , Н. Wiberg : Учебник неорганической химии . 102-е издание. Вальтер де Грюйтер, Берлин 2007, ISBN 978-3-11-017770-1 , стр. 1937.
ДТВ атлас по химии . 1981 , часть 1. С. 220.
↑